Mems датчики

В итоге мы получили зависимость выходного сигнала усилителя от изменения положения обкладки конденсатора. Внимательный читатель должен сразу обратить внимание – это же амплитудная модуляция! Действительно, в данной системе мы имеем сигнал x(t), который перемножается с сигналом

и усиливается на величину

. Следующий шаг – убрать несущую частоту

, и мы получим усиленный сигнал x(t) – который пропорционален ускорению. Долгий путь вычислений привел нас к пониманию архитектуры МЭМС-акселерометра.

Архитектура МЭМС акселерометра

Рассмотрим сначала функциональную схему датчика:

Изначально у нас есть сигнал x(t) – который отражает изменение ускорения. Далее мы перемножаем его с несущим сигналом и усиливаем с помощью операционного усилителя (в режиме интегратора). Далее происходит демодуляция – простейшая схема – диод и RC фильтр (в реальности используют усложненную схему, синхронизируя процесс модуляции и демодуляции одной несущей частотой ). После чего остатки шума фильтруются с помощью фильтра низких частот.

В качестве примера приведу один из первых МЭМС акселерометров компании Analog Devices – ADXL50:

Наверное, приведя структурную схему датчика в начале статьи многим читателям не было бы понятно назначения некоторых блоков. Теперь завеса приоткрыта, и можем обсудить каждый из них:

• Блок, который называется “MEMS sensor” – является емкостным полумостом.
• Блок “oscillator” генерирует сигнал на частоте 1ГГц.
• Сигнал осциллятора также используется для синхронной демодуляции.
• Выходной усилитель и дополнительные резисторы создают нулевую точку, относительно которой можно смотреть знак изменения ускорения (обычно это VDD/2- половина питания, для биполярных датчиков — «земля»).
• Внешняя емкость определяет полосу измерения системы.
• Внутреннего фильтра низких частот в данной схеме нет, но в современных схемах они имеются.

Какой преобразователь выбрать для работы с датчиками?

Выбор преобразователя для работы с датчиками зависит от точности, которую вы хотите получить. Для работы с датчиками подойдут АЦП с архитектурой SAR или Delta-Sigma с высокой разрядностью. Однако современные датчики обладают встроенными преобразователями. Лидерами этого направления являются STMicroelectronics, Analog Devices и NXP. В качестве примера, можно привести новую микросхему с 3-х осевым акселерометром и встроенным АЦП – ADXL362.

Для работы с АЦП в схему добавлены антиэлайзинговые фильтры, чтобы исключить попадания в спектр дополнительных гармоник.

Где достать такие технологии?

Сейчас для fabless компаний доступно множество фабрик, которые предлагают технологии МЭМС. Однако для создания современных микросхем требуется интегрировать емкости с подвижными пластинами в стандартный маршрут проектирования, ведь помимо такой емкости необходимо спроектировать дополнительные блоки (генератор, демодулятор, ОУ и тд) на одном чипе. В качестве примера можно привести фабрики

и

, которые предлагают технологию для реализации МЭМС датчика вместе со всей обвязкой. На картинке представлены емкости, которые позволяют создать трехосевой акселерометр:

В России также существует фабрика по выпуску МЭМС датчиков – “Совтест”, однако предприятие не обладает технологией интегрирования дополнительных схемотехнических блоков, которые необходимы для создания конечного устройства и единственный выход — применять технологию микросборки.

Какие наработки есть у нашей компании в этом направлении?

У нас есть несколько преобразователей, которые предназначены для работы с датчиками. Из новых продуктов это:

• 5101НВ035 – 16-канальный преобразователь на основе 8-ми Дельта-Сигма АЦП, предназначена для работы с токовыми датчиками
• 1316НХ035 – 4-х канальный интегрирующий преобразователь напряжение-частота (ПНЧ), предназначенный для работы с 3-х осевыми акселерометрами и гироскопами.

Как я писал в

, период ожидания пластин с фабрики может занять довольно долгий промежуток времени. После первого тестового запуска АЦП 400МГц, время прихода пластин и дальнейших измерений заняло более полугода. За это время наша команда успела сделать ПНЧ 1316НХ035 (развитие предыдущей схемы

), о котором могу немного рассказать.

Преобразователь напряжение-частота

Для преобразования данных с датчика обычно используются SAR или delta-sigma АЦП, однако существует еще один тип преобразователей — интегрирующие ПНЧ, которые имеют существенные преимущества:

1. Занимают меньшую площадь и имеет меньшее потребление при том же показателе линейности и шума.
2. Простая архитектура.
3. Высокая устойчивость к входному шуму и сигналам помех.
4. Устойчивость к шуму и помехам выходного сигнала.
5. Возможность передачи данных без обработки на радиочастотный канал связи.

Микросхема 1316НХ035 представляет собой четырехканальный преобразователь напряжения в частоту и цифровой код, к трем основным высокоточным каналам подключаются выходы трехосевого акселерометра. 4-ый канал имеет входной 4-канальный мультиплексор, к которому можно подключать дополнительные датчики системы: температуры, влажности и др. Под микроскопом схема выглядит так:

Каждый из трех основных каналов преобразует входное напряжение в диапазоне ± 4В в частоту до 1250кГц на 3-х выходах, соответствующих положительному и отрицательному входным напряжениям. Также микросхема имеет в каждом канале 16 битный реверсивный счетчик, для подсчета частотных импульсов. SPI интерфейс служит для управления режимами преобразования и выборки содержимого счетчиков импульсов каналов. Основными требованиями к параметрам ПНЧ являлись:

1. высокая термо и временная стабильность выходной частоты при нулевом входном сигнале (заземленных входах)
2. динамический диапазон преобразования – не менее 22 бит
3. непрерывность преобразования входного сигнала и недопустимость потери ни одного частотного импульса.

Для обеспечения требований 1 и 2 используется аналоговая

, которая выполняется автоматически при включении схемы, а также может запускаться в любой момент по команде через SPI интерфейс. Требование 3 обеспечено и гарантируется схемотехническими решениями. Удалось достичь довольно приличных параметров точности: типовая нелинейность преобразования составила 30 ppm, а смещение нуля менее 0.1 Hz при коэффициенте преобразования 200 kHz/V. Динамический диапазон преобразования: fmax/fmin = 2*1.25МГц / 0.3Гц ∿ 8.33млн., что соответствует более 23 битам.

Есть только одно “но” – биполярное питание. Для обеспечения хорошей стабильности нуля (напряжение, которое соответствует ускорению 0g) необходимо использовать биполярное питание. Такое решение довольно эффективное – ведь когда 0g соответсвует “земля”, система априори будет стабильной. Также это улучшает проектирование системы. В современных датчиках в качестве нуля используют половину питания Vdd/2, однако если значение напряжения на преобразователе будет отличаться от напряжения на датчике – мы автоматически получаем смещение, которое нужно дополнительно калибровать.

Наверное, для многих потребителей биполярное напряжение немного отпугивает, и мы как разработчики это понимаем. Возможно, в дальнейшем сделаем коммерческий вариант для МЭМСов (или интегрируем датчик в ПНЧ). Пока, конечно, это всего лишь планы, но уверен они увидят свет.

P.S. Нашел бонусные фотографии с процесса исследования образцов. Вообще это, как по мне, самое интересное в процессе разработки. Тебе дают в руки твое детище с пылу жару с завода, ты подаешь на него питание и скрестив пальцы ждешь – “работает или нет?”.

Кому понравилась тема датчиков, в будущем коллега из центра проектирования аппаратуры хотел бы рассказать про создаваемую инерциальную систему на основе МЭМС датчиков —

.

Технология MEMS

Алексей Борзенко

Многие из существующих инноваций не используют в полной мере свой потенциал вплоть до появления на рынке принципиально новых разработок. Так, одной из ключевых технологий вплоть до 2012 г. аналитическая компания Gartner называет технологию микроэлектромеханических систем — MEMS (Micro-Electro Mechanical Systems). Согласно последним прогнозам In-Stat/MDR, рынок MEMS растет на 13,2% каждый год. Кстати, эту отрасль ИТ-индустрии в Японии называют микромашинами (Micromachines), а в Европе — микросистемными технологиями (Micro System Technology). По мнению аналитиков из Gartner, микроэлектромеханические системы позволят с минимальными затратами повысить чувствительность и механическую отдачу устройств на уровне кристаллов.

Можно сказать, что MEMS — это множество микроустройств самой разнообразной конструкции и назначения, в производстве которых используются модифицированные технологические приемы микроэлектроники. Действительно, микроэлектромеханические системы получаются путем комбинирования механических элементов, датчиков и электроники на общем кремниевом основании посредством технологий микропроизводства. Все элементы могут быть реализованы в виде единого изделия, причем сразу десятками или сотнями, как микросхемы на кремниевой пластине. В основе этого лежит апробированная традиционная технология производства полупроводниковых интегральных микросхем. MEMS уже используются в нишевых приложениях, таких, как пассивные фильтры высокой частоты в терминалах беспроводной и сотовой связи, системы подвижных зеркал для мультимедийных проекторов, микрофоны. Число этих ниш и их размер растет сообразно рыночным потребностям.

В истории развития MEMS-технологии, по мнению ведущих современных специалистов, можно выделить четыре уже пройденных этапа. На первом непродолжительном этапе — исследовательском (с середины 50-х до начала 60-х годов прошлого столетия) основные усилия к формированию облика будущей технологии приложили как научные подразделения крупных компаний (в первую очередь знаменитая Bell Laboratories), так и собственно промышленные компании и академическая наука. Специфика этого периода заключается в том, что главное внимание уделялось востребованным во времена холодной войны технологиям двойного назначения, прежде всего созданию точных и дешевых датчиков различных типов (проектирование перспективных реактивных боевых самолетов, например, требовало значительного числа экспериментов), пригодных к массовому производству. Неудивительно, что второй этап развития технологии связывают исключительно с мощными промышленными (точнее, с военно-промышленными) компаниями: такие гранды, как Fairchild, Westinghouse, Honeywell, спешили коммерциализовать первые экспериментальные наработки. На коммерциализацию ушло довольно много времени, и только к началу 70-х годов академическая наука стала получать целевое финансирование от промышленности для решения задач сокращения стоимости и расширения областей применения MEMS-устройств. Еще через десять лет этот этап также был преодолен — и наступила пора микромашинного производства. Можно считать, что с конца девяностых годов прошлого века началась микромеханическая эпоха.

Многие эксперты, включая специалистов одной из ведущих фирм в этой области — Integrated Sensing Systems (http://www.mems-issys.com ), — полагают, что MEMS-технология привносит буквально революционные изменения в каждую область применения путем совмещения микроэлектроники на основе кремния с микромеханической технологией, что позволяет реализовать систему на одном кристалле SoC (Systems-on-a-Chip). Так, технология MEMS дала новый импульс развитию систем инерциальной навигации и интегрированных систем, открыв путь к разработке «умных» изделий, увеличив вычислительные способности микродатчиков и расширив возможности дизайна таких систем.

Сегодня MEMS-устройства применяются практически повсюду. Это могут быть миниатюрные детали (гидравлические и пневмоклапаны, струйные сопла принтера, пружины для подвески головки винчестера), микроинструменты (скальпели и пинцеты для работы с объектами микронных размеров), микромашины (моторы, насосы, турбины величиной с горошину), микророботы, микродатчики и исполнительные устройства, аналитические микролаборатории (на одном кристалле) и т. д.

Базовые понятия

Вообще говоря, микросистема предполагает интеграцию ряда различных технологий (MEMS, КМОП, оптической, гидравлической и т. д.) в одном модуле. Например, технологии изготовления MEMS-устройств для СВЧ-применений (катушки индуктивности, варакторы, коммутаторы, резонаторы) подразумевают традиционные технологические циклы изготовления интегральных схем, адаптированные для создания трехмерных механических структур (это, например, объемная микрообработка, поверхностная микрообработка и так называемая технология LIGA).

Кремниевая объемная микрообработка включает технологию глубинного объемного травления. При таком процессе объемная структура получается внутри подложки благодаря ее анизотропным свойствам, т. е. различной скорости травления кристалла в зависимости от направления кристаллографических осей. Объемную структуру можно получить и методом наращивания, когда несколько подложек сплавляются и образуют вертикальные связи на атомарном уровне.

При поверхностной микромеханической обработке трехмерная структура образуется за счет последовательного наложения основных тонких пленок и удаления вспомогательных слоев в соответствии с требуемой топологией. Преимущество данной технологии — возможность многократного удаления (растворения) вспомогательных слоев без повреждения взаимосвязей базовых слоев. А главная ее особенность состоит в том, что она совместима с полупроводниковой технологией, поскольку для микрообработки используется обычная КМОП-технология.

Название технологии LIGA происходит от немецкой аббревиатуры Roentgen Lithography Galvanik Abformung, что означает комбинацию рентгеновской литографии, гальванотехники и прессовки (формовки). Здесь толстый фоторезистивный слой подвергается воздействию рентгеновских лучей (засветке) с последующим гальваническим осаждением высокопрофильных трехмерных структур. Сущность процесса заключается в использовании рентгеновского излучения от синхротрона для получения глубоких, с отвесными стенками топологических картин в полимерном материале. Излучение синхротрона имеет сверхмалый угол расходимости пучка. Источником излучения служат высокоэнергетические электроны (с энергией более 1 ГэВ), движущиеся с релятивистскими скоростями. Глубина проникновения излучения достигает нескольких миллиметров. Это обуславливает высокую эффективность экспонирования при малых временных затратах. Считается, что данная технология обеспечивает наилучшее отношение воспроизводимой ширины канала к его длине (при минимальных размерах).

Важнейшая составная часть большинства MEMS — микроактюатор (рис. 1). Обычно данное устройство преобразует энергию в управляемое движение. Размеры микроактюаторов могут довольно сильно варьироваться. Диапазон применения этих устройств чрезвычайно широк и при этом постоянно растет. Так, микроактюаторы используются в робототехнике, в управляющих устройствах, в космической области, в биомедицине, дозиметрии, в измерительных приборах, в технологии развлечения, в автомобилестроении и в домашнем хозяйстве. Например, микроактюаторы нужны для управления резонансными датчиками (они генерируют и передают им резонансную частоту), для управления режущими инструментами в микрохирургии. Это могут быть также различные микродвигатели, которые используются для управления микрореле, микрозеркалами и микрозажимами. Микроактюатором может быть даже микроэлектродное устройство для возбуждения мускульных тканей в неврологических протезах.

Рис. 1. Микроактюатор в MEMS.

Все методы активации (движение, деформация, приведение в действие) в таких устройствах кратко можно свести к следующим: электростатический, магнитный, пьезоэлектрический, гидравлический и тепловой. При оценке использования того или иного метода часто применяют законы пропорционального уменьшения размеров. Наиболее перспективными методами считаются пьезоэлектрический и гидравлический, хотя и другие имеют большое значение. Электростатическая активация применяется примерно в одной трети микроактюаторов, и это, вероятно, наиболее общий и хорошо разработанный метод; главные его недостатки — износ и слипание. Магнитные микроактюаторы обычно требуют относительно большого электрического тока, также на микроскопическом уровне. При использовании электростатических методов активации получаемый выходной сигнал на относительную единицу размерности лучше, чем при использовании магнитных методов. Иными словами, при одном и том же размере электростатическое устройство выдает несколько лучший выходной сигнал. Тепловые микроактюаторы тоже потребляют относительно много электрической энергии; главный их недостаток состоит в том, что генерируемое тепло приходится рассеивать.

Для оценки микроактюаторов используют такие критерии качества, как линейность, точность, погрешность, повторяемость, разрешение, гистерезис, пороговое значение, люфт, шум, сдвиг, несущая способность, амплитуда, чувствительность, скорость, переходная характеристика, масштабируемость, выход по энергии.

Датчики и микроактюаторы

Фактически понадобилось более 30 лет на то, чтобы появилось первое коммерческое приложение MEMS. Одной из первых MEMS-технологий, получивших повсеместное распространение, стали датчики ускорения (акселерометры), устанавливаемые сейчас практически во все современные автомобили для детектирования столкновения и выпуска защитных воздушных подушек (SRS). Известная корпорация Analog Devices (http://www.analog.com), изготовившая первые такие сенсоры в 1993 г., сейчас продает автомобилестроителям десятки миллионов так называемых iMEMS-акселерометров в год.

Один из типичных современных MEMS-акселерометров состоит из взаимно блокирующих штырей, которые поочередно перемещаются и фиксируются. Изменение ускорения отражается на емкости структуры, которую легко измерить. Элементы могут размещаться подобно гребням в случае линейных акселерометров или в виде ступицы колеса в случае вращающегося акселерометра. Вращающиеся акселерометры могут служить для расширения возможностей антиблокировочных систем автомобиля (ABS), так как они способны зафиксировать фактическое перемещение автомобиля, а не только блокировку колес.

Акселерометры воздушных мешков рассматриваются как один из лучших примеров MEMS-датчиков, предоставляющих изготовителям автомобилей одновременно выигрыш в стоимости и характеристиках. Подходит время, когда то же самое можно будет сказать относительно приборов контроля давления в шинах, которые в настоящее время интегрируются в серийно выпускаемые модели в ответ на закон по обеспечению безопасности. Однако существует еще одна область, где MEMS могут способствовать внедрению электроники в автомобиль — это защита от боковых ударов при аварии. Эксперты полагают, что это может внести большой вклад в продажи MEMS, если правительство США примет более жесткие стандарты для защиты от бокового удара при аварии. Специалисты Агентства обеспечения безопасности движения NHTSA считают, что подобные меры позволят спасти до тысячи жизней в год.

В накопителях на жестких дисках вращающиеся акселерометры могут использоваться для обнаружения ротационных перемещений, влияющих на позиционирование головки и способных привести к потере дорожки. Компенсация ротационных перемещений используется обычно в дорогих моделях дисководов, поскольку при затратах чуть большего времени на чтение и запись значительно меньше его требуется на восстановление позиционирования головки после удара.

Сотрудники Sandia National Laboratories разработали образец датчика, который может обнаруживать перемещение в менее чем 1 нм (рис. 2). Основная часть прибора представляет собой решетку, изготовленную из двух перекрывающихся гребенок (поперечный размер 50 мкм): одна неподвижная, другая прикреплена к пружине. Расстояние между зубцами гребенки составляет от 600 до 900 нм, что сопоставимо с длиной волны видимого света. Даже при незначительном перемещении прибора подвижная гребенка совершает колебания, расширяя или сужая решетку, образованную пересекающимися зубцами. Изменение зазоров решетки влияет на ее оптические свойства, и лазерный луч, отражаясь от перекрывающихся зубцов, будет заметно ярким или тусклым. Считается возможным использовать такой детектор как основу навигационного прибора, который сможет работать независимо от спутниковой сети глобальной системы позиционирования.

Рис. 2. Датчик MEMS

Традиционно системы позиционирования на базе движения страдают от накопления мелких ошибок. С течением времени эти ошибки могут привести к показаниям, отклоняющимся на мили от действительного положения. Позиционное фиксирование, характерное для прибора Sandia, обеспечивает гораздо более медленную деградацию характеристик. Кроме того, прибор может работать под водой и в туннеле, куда GPS-сигнал не проходит. В настоящее время ведется работа над созданием портативной версии прибора для того, чтобы его можно было передать другим исследователям для проведения экспериментов. Прибор на базе указанной конструкции может поступить на рынок через три-пять лет.[1]

Микроактюаторы, работа которых основана на обратном эффекте (прикладываемое напряжение вызывает небольшие перемещения кремниевых структур), сегодня используются, например, для точной подстройки магнитных головок. Последние обычно отвечают за обнаружение сигналов в накопителях на магнитных дисках. При этом существенно повышается плотность информации «дорожка на дюйм», или tpi (track per inch), а следовательно, и емкость самого накопителя.

Есть и еще целый ряд успешных MEMS-изделий, таких, как головки микроструйных принтеров, гироскопы, датчики давления, которые сотнями миллионов поставляются медицинской и автомобильной промышленности. Назовем еще цифровые проекторы высокого разрешения, построенные на основе MEMS-массивов микрозеркал. За последние годы удалось достичь заметных успехов в изготовлении моторов, насосов и зажимов, сенсоров давления и смещения — множества самых разных по назначению механических агрегатов, настолько малых, что их не видно невооруженным глазом. Но обо всем по порядку. [2]

DMD для DLP

Лежащая в основе любого проектора DLP (Digital Light Processing) технология цифровой обработки света базируется на разработках корпорации Texas Instruments (http://www.ti.com), создавшей новый тип формирователя изображения на основе MEMS. Еще в 1987 г. изобретенное Ларри Хорнбеком (Larry J. Hornbeck) цифровое мультизеркальное устройство DMD (Digital Micromirror Device) завершило десятилетние исследования Texas Instruments в области микромеханических деформируемых зеркальных устройств. Суть открытия состояла в отказе от гибких зеркал в пользу матрицы жестких зеркал, имеющих всего два устойчивых положения. DMD-кристалл — это матрица высокой точности, осуществляющая цифровое преобразование света (рис. 3).

Рис. 3. Современная разработка DMD-матрицы.

DMD-кристалл по сути представляет собой полупроводниковую микросхему статической оперативной памяти (SRAM), каждая ячейка которой (точнее, ее содержимое) определяет положение одного из множества (от нескольких сотен тысяч до миллиона и более) размещенных на поверхности подложки микрозеркал размером 16в16 мкм. Как и управляющая ячейка памяти, микрозеркало имеет два состояния, отличающихся направлением поворота зеркальной плоскости вокруг оси, проходящей по диагонали зеркала.

С помощью массива микроскопических зеркал формируется луч, причем каждое такое зеркало соответствует одному пикселу света в проецируемом изображении. В сочетании с цифровым сигналом, источником света и проекционным объективом эти зеркала обеспечивают самое высокое качество воспроизведения видео и графических изображений.

Электромеханическая память

Сегодня и припомнить-то трудно, сколько было разных идей по поводу того, что использовать для запоминающих устройств. А компания Cavendish Kinetics (http://www.cavendish-kinetics.com) предложила еще один подход к созданию энергонезависимых запоминающих устройств. В основе ее подхода лежат микроэлектронные механические системы с возможностью интеграции в КМОП-процессы. Память Cavendish Kinetics может выпускаться в двух вариантах, с возможностью однократной записи и со способностью перезаписи.

Как полагает компания, ее технология, названная Nanomech, обладает самым низким энергопотреблением среди встраиваемых типов памяти, а по скорости работы сравнима с флэш-памятью. Название Nanomech иллюстрирует ее принцип действия (рис. 4). Запоминающая ячейка представляет собой проводящую (металлическую) пластину — кантиливер (микроэлектромеханический актюатор), закрепленный над контактом. Если между контактным электродом и пластиной создать разность потенциалов, пластина изогнется и коснется контакта, в результате чего электрическое сопротивление упадет практически до нуля. Что любопытно, этот эффект обладает гистерезисом, так как после касания пластинки контакта происходит «залипание» — для разрыва контакта необходима дополнительная энергия. Таким образом, возможно создать память типа ПЗУ, в которую что-либо записать можно лишь однажды. Для перезаписи над пластинкой достаточно поставить дополнительный электрод, приложив к которому потенциал можно разомкнуть контакт.

Рис. 4. Принцип работы технологии Nanomech.

Действующие прототипы были созданы по КМОП-технологии с учетом проектных норм 0,35 мкм, однако компания уверяет, что такие ячейки памяти можно создавать при соблюдении проектных норм 45 нм. К преимуществам нового типа памяти следует отнести и то, что ток в режиме ожидания отсутствует, а для записи требуется затратить механическую энергию величиной всего 25 пкДж. Устройство остается работоспособным даже при температуре 200 град., при этом количество циклов записи-перезаписи может достигать 20 млн.

На CeBIT?2005 IBM продемонстрировала накопитель, обеспечивающий плотность записи данных свыше 19,2 Гбайт на 1 см2. Специалисты утверждают, что этот прототип микроэлектромеханической системы MEMS способен записать на площади размером с почтовую марку информацию, примерно эквивалентную емкости 25 DVD-дисков. Сотрудники IBM ласково назвали свое устройство Millipede («многоножка»), потому что у него тысячи очень мелких кремниевых шипов, которые могут «прошивать» рисунок из отдельных битов в тонкой полимерной пленке (рис. 5).

Рис. 5. MEMS-память Millipede.

Вообще говоря, технологию «многоножек» предложил несколько лет назад нобелевский лауреат Герд Бинниг, автор сканирующего туннельного микроскопа и сотрудник исследовательского института IBM. Он обратил внимание на способность микроскопа формировать в полимерах ямки наноразмера, наличие которых в определенных точках вещества можно трактовать как единичное значение бита. Бинниг, стараясь приспособить свое открытие к нуждам промышленности, научился одновременно сканировать множество подобных ямок. Таким образом, принцип работы Millipede напоминает всем хорошо известные перфокарты. Ключевым элементом новой технологии служит массив V-образных кремниевых кронштейнов (cantilever), на конце каждого из которых находится миниатюрная микронная игла. Данные записываются на носители, представляющие собой очень тонкий слой полимерного материала на кремниевой подложке. Наконечник каждого V-образного кронштейна с размещенной на нем иглой одновременно служит зоной повышенного сопротивления. При пропускании через него импульса электрического тока игла разогревается до температуры, превышающей температуру плавления полимера, и «выплавляет» в носителе воронку диаметром около 10 нм. Когда ток прерывается, игла остывает, а полимер затвердевает. Для считывания данных замеряют сопротивление «рабочей части» кронштейна. В этом случае игла также разогревается, но только до меньшей температуры, при которой полимер, используемый в носителе, еще не размягчается. Поверхность носителя сканируется, и при попадании иглы в воронку интенсивность теплоотвода от нее резко увеличивается, температура уменьшается, в результате сопротивление изменяется скачкообразно, за счет чего и фиксируется бит информации.

Возможность многократной записи обеспечивается особенностями вязкоупругих свойств полимерных систем. Дело в том, что в области воронки-бита полимер находится в так называемом метастабильном состоянии, из которого его можно вывести неким внешним воздействием, например, с помощью все того же разогрева до определенной температуры. Выполняется это путем прохода нагретой иглы над воронкой, после чего последняя исчезает, т. е. данные стираются. По заявлению специалистов IBM, на сегодняшний день им удалось достичь долговечности носителя, превышающей 100 тыс. циклов перезаписи.

Управление массивом игольчатых кронштейнов в Millipede осуществляется с помощью электронных цепей с временным мультиплексированием — подобно тому, как это делается в микросхемах DRAM. Перемещение носителя вдоль массива и его точное позиционирование обеспечиваются электромагнитным приводом. IBM утверждает, что Millipede подходит для мобильных устройств: цифровых камер, мобильных телефонов и USB-карт. Однако пока речь идет только о лабораторном образце, а до выхода на рынок Millipede дозреет года через два, не раньше.

Как отмечает аналитическая компания NanoMarkets в своем отчете по рынку памяти, сегмент энергонезависимой памяти к 2011 г. будет оцениваться в 65,7 млрд долл. При этом в понятие «энергонезависимой памяти» компания включила MRAM, FRAM, голографическую память, а также MEMS-разработки, выполненные с использованием новых технологий. По оценкам специалистов, рыночные доли типов энергонезависимой памяти, именуемых в обзоре Nanostorage (устройства хранения, выполненные с использованием микротехнологий), могут составить 40% как в секторе обычной памяти, так и в секторе дисковых устройств.

«Электромеханика» в телекоммуникациях

Одной из самых перспективных областей внедрения MEMS многие эксперты в настоящее время считают рынок телекоммуникаций. Еще в конце 2000 г. от Национальной лаборатории Sandia (http://www.sandia.gov), принадлежащей министерству энергетики США, отпочковалась частная компания MEMX (http://www.memx.com), занимающаяся вопросами коммерческого применения создаваемых в лаборатории MEMS-технологий. Компания сфокусировалась в своей деятельности на оптических коммутаторах для оптоволоконных телекоммуникационных систем. В их основу положена фирменная технология Sandia под названием SUMMiT V (от Sandia Ultraplanar Multilevel MEMS Technology). Это микромашинный процесс обработки поверхности кристалла напылением и травлением, охватывающий пять независимых слоев поликристаллического кремния — четыре «механических» слоя для построения механизмов и один электрический для обеспечения межсоединений всей системы. Технология позволяет доводить размеры механических элементов до 1 мкм.

Что же касается одного из электронных гигантов — корпорации Intel (http://www.intel.com), то решение о развитии технологий MEMS было принято ею еще в 1999 г. На весеннем Форуме Intel для разработчиков в 2002 г. было не только официально заявлено об интересе к микроэлектромеханическим устройствам, но и провозглашена стратегическая важность этого направления. Учитывая потенциал корпорации как в сфере разработок, так и в производстве, значение этого заявления для рынка MEMS переоценить было трудно. Примерно в это же время на заводе Intel Fab 8 была внедрена микроэлектромеханическая технология, позволяющая формировать внутри или на поверхности полупроводниковых кристаллов крошечные механические устройства — датчики, клапаны, шестерни, зеркала, исполнительные элементы. Для Intel MEMS это скорее микроэлектронные механические системы — микроскопические механические компоненты для устройств, которые отличаются пониженным энергопотреблением и сверхкомпактными конструктивными характеристиками и выполняют вычислительные и коммуникационные функции. Корпорация ведет исследования возможных применений этих технологий в антеннах, экранах, настраиваемых фильтрах, конденсаторах, индукторах и микрокоммутаторах.

Весной 2004 г. Intel начала предлагать своим партнерам для интеграции в сотовые телефоны радиочастотные front-end-модули, построенные по технологии MEMS. В подобный модуль интегрировано около 40 пассивных элементов, что позволяет сэкономить до двух третей пространства в сотовом телефоне. Количество и состав модулей зависят от нужд заказчиков, которым предлагается использовать такие MEMS-модули для миниатюризации пассивных фильтров, резистивных и емкостных цепей. В будущем в аналогичные модули планируется интегрировать низкоскоростные коммутаторы, а в перспективе, возможно, высокочастотные коммутаторы передачи/приема и фильтры на поверхностных акустических волнах SAW (Surface Acoustic Wave). Существующие дискретные SAW-фильтры хотя и довольно громоздки в сравнении с интегральными микросхемами, однако показатель качества фильтрации у них выше примерно на два порядка. К тому же, если размер SAW-фильтров измеряется в сантиметрах, то MEMS-резонаторов на 1 см2 площади можно разместить несколько десятков тысяч штук. Нынешнее поколение MEMS-модулей производится на фабрике Intel Fab 8 в Израиле на 200-мм пластинах с учетом проектных норм 0,25 и 0,35 мкм.

На последней конференции по интегральным схемам ISSCC?2005 были отмечены большие возможности рынка ВЧ-фильтров преселектора. Ученые из Мичиганского университета отметили, что такие фильтры найдут применение в телефонах для выбора нужного ВЧ-канала и устройствах ВЧ будущих поколений, где MEMS предоставляют решение с фактором качества Q выше 10 000, что значительно лучше показателя обычных керамических фильтров. Их коллеги из Texas Instruments, в свою очередь, сообщили о том, что MEMS ВЧ-фильтры можно использовать в малошумящих усилителях. Проблемой остается то, что MEMS-приборы дороги и их внедрение на промышленный рынок пока довольно затруднительно. Представитель фирмы XCom Wireless, выпускающей подсистемы на базе MEMS-реле и варакторов, считает перспективным их использование в программируемых радиоустройствах, а также в радиолокационных станциях с фазированными антенными решетками на спутниках.

Перспективы MEMS-дисплеев

По сообщению агентства DigiTimes, тайваньский производитель небольших панелей компания Prime View International (PVI) установила долгосрочные стратегические отношения с американской компанией Qualcomm MEMS Technologies (QMT, http://www.qualcomm.com). Основная область сотрудничества — разработка коммерческих решений на базе iMod-дисплеев, которые планирует выпускать QMT.

Вообще говоря, технология iMod Display основана на микроэлектронных механических системах MEMS и предпочтительна пока для мобильных устройств. Экран хорошо отображает информацию даже под прямым воздействием яркого солнечного света. Как заявляют представители Qualcomm, сегодня решены и многие проблемы, касающиеся энергопотребления. На ближайшие два года, в соответствии с подписанным контрактом, PVI заявлена как основной производитель подобных дисплеев. Руководители компаний оптимистично высказываются о развитии продвигаемой технологии. Ведь, помимо улучшения вышеназванных технических характеристик, решены и некоторые проблемы производственного процесса. Технология такова, что нет никакой необходимости в добавлении в панель ламп подсветки и цветовых фильтров. Интересно, что эти экраны будут даже тоньше TFT ЖК-панелей.

Стоит отметить, что используемое ныне ноу-хау QMT приобрела вместе с компанией Iridigm в сентябре 2004 г. Вообще говоря, идея данной технологии заключается в том, чтобы формировать цветные изображения методом интерференции световых волн — точно так же, как это происходит, к примеру, в крыльях бабочки или перьях павлина. Из сказанного выше сразу вытекает первое достоинство разработки Iridigm, состоящее в том, что она изначально не предполагала использования красителей. Именно поэтому дисплеи на ее основе со временем не должны утратить яркость и цветовую насыщенность. Ключевым элементом технологии, получившей в то время название iMoD Matrix, выступает интерференционный модулятор iMoD (Interference Modulator). Он представляет собой образец микроэлектромеханической MEMS-системы и состоит из полупрозрачной пленки на стеклянной подложке, способной частично отражать, а частично пропускать свет, и гибкой металлической мембраны. Последняя может находиться в двух состояниях: в первом случае между ней и пленкой есть воздушный зазор, во втором — нет. Переход из одного состояния в другое осуществляется за счет электростатического взаимодействия в результате приложения внешнего напряжения различной полярности, причем после его снятия мембрана сохраняет новую конфигурацию.

Когда пленка и мембрана разделены воздушным зазором, световые волны, отразившиеся от пленки, интерферируют с волнами, прошедшими сквозь нее и затем отразившимися от мембраны, в результате чего выделяется излучение определенного цвета. Если же зазор отсутствует, то никакой интерференции не происходит. Варьируя величину зазора, можно получить три основных цвета: при наибольшей толщине воздушной прослойки — красный, при средней — зеленый и при наименьшей — синий. Размеры одного интерференционного модулятора составляют всего десятки микрон. Один пиксел в дисплее на основе iMoD Matrix состоит из трех субпикселов — красного, зеленого и синего, каждый из которых образован несколькими рядами модуляторов. При этом управляющие схемы располагаются по краям дисплея.

В числе достоинств предлагаемого решения, помимо хорошего качества изображения, специалисты отмечают и очень малый уровень энергопотребления, что в случае коммерческой реализации технологии может сделать ее оптимальным выбором для разнообразных мобильных устройств. Хотя вопрос об объемах производства еще обсуждается, PVI уже разослала выпущенные прототипы будущих устройств компаниям-партнерам, работающим в сфере мобильных телефонов, смартфонов и портативных компьютеров. Чем быстрее технология будет принята для маленьких и средних экранов, тем скорее она может появиться и в более крупных устройствах, таких, как телевизионные панели.

MEMS-источники питания для портативных устройств

Одно из новых и перспективных направлений — использование MEMS для создания топливных элементов и генераторов питания, которые предназначаются для портативных электронных приборов будущих поколений (CD-проигрыватели, цифровые камеры, персональные цифровые секретари). Достаточно сказать, что по этой теме на конференции IEEE в феврале прошлого года было представлено более 200 докладов.

Корпорация Toshiba (http://www.toshiba.co.jp) выпускает топливный элемент с прямым использованием метанола на базе MEMS емкостью 140 см3, с выходной мощностью 1 Вт, рассчитанный на 20 ч работы. Микронасос был разработан для подкачки газов и жидкостей и для поддержания потребляемой мощности и размеров в приемлемых пределах. В конструкции используется полимерный мембранный электролитический узел с катодом и анодом для выполнения функций топливного элемента. Каждый электрод имеет каталитический и газодиффузионный слой. Размеры устройства примерно соответствуют габаритам обычного сотового телефона.

Большой интерес вызвала совместная разработка мощного генератора питания усилиями разработчиков Технологических институтов штатов Массачусетс и Джорджия. Эта технология основана на микромеханической MEMS-структуре с использованием постоянного магнита. Генераторы представляют собой трехфазные, осевые, синхронные машины. При этом каждый из них состоит из многополюсного статора с поверхностной намоткой и ротора на базе постоянного магнита. Микромеханические витки с малыми зазорами между проводниками и с геометрией переменной ширины служат ключевыми элементами, обеспечивающими высокую плотность мощности. При скорости вращения 120 тысяч об./мин генератор продемонстрировал преобразование механической энергии в электрическую на уровне 2,6 Вт. Связанный с трансформатором и выпрямителем генератор обеспечивает на постоянном токе мощность 1,1 Вт на резистивной нагрузке. Для случая активной машины с габаритными размерами 9,5 мм (внешний диаметр), 5,5 мм (внутренний диаметр), 2,3 мм (толщина) это соответствует мощности 10 МВт/м3. Разработчики полагают, что такого рода MEMS-генераторы могут обеспечить мощность от 10 до 100 Вт. Они также считают, что генерирование электрической мощности на данном уровне создает предпосылки для создания масштабируемых устройств с использованием постоянных магнитов для практических применений. Подобные электрические генераторы могут приводиться в действие различными первичными источниками, включая поток жидкости, сжатый газ или небольшие двигатели внутреннего сгорания, например, газовые турбины микронных размеров.

Разработчики из Массачусетского технологического института совместно с Линкольновской лабораторией создали электроквазистатический индукционный турбинный электрогенератор. При саморезонирующем возбуждении была достигнута выходная мощность 192 МВт. Генератор состоит из пяти кремниевых слоев, сплавленных при 700 град. Статор представляет собой структуру из оксидноплатинового электрода, сформированного на углубленном островке оксида, а ротор — это тонкая пленка из слаболегированного поликремния, расположенного также на островке оксида. Генерирование мощности ограничивается внутренними и внешними емкостями, поэтому для достижения более высоких уровней мощности необходимо моделирование.

Новый подход, предложенный сотрудниками Калифорнийского технологического института, заключается в использовании MEMS-матриц жидкостных роторных электретных генераторов питания. Эти устройства представляют собой конденсаторы статического заряда, покрытые тефлоном, с зазорами, заполненными воздухом и жидкими капельками, которые перемещаются при вибрации. При перемещении жидкости между зазороми на конденсаторе генерируется результирующее напряжение, в то время как зеркальный заряд перераспределяется на электроде в соответствии с положением капелек.

MEMS также перспективны для выпуска инструментов в помощь созданию миниатюрных топливных элементов и каталитических химических микрореакторов. Один из инструментов представляет собой пассивный микрорегулятор для контроля потока газа в миниатюрных топливных элементах. Первая такая разработка выполнена совместно корпорацией Сanon и Токийским университетом.

Примечания

1. Самый маленький датчик
В прошлом году Национальный институт стандартов и технологии США объявил о создании миниатюрного магнитного датчика, который может обнаруживать изменения магнитного поля порядка 50 пТ (это в миллионы раз слабее магнитного поля Земли). Прибор размером с рисовое зерно примерно в 100 раз меньше, чем современные датчики с аналогичной чувствительностью. Новый магнитный датчик можно изготовить и собрать с использованием существующих технологий микроэлектроники и MEMS. Новый магнетометр способен обнаруживать запрятанное оружие на расстоянии 12 м или стальную трубу диаметром 150 мм под землей на глубине 35 м . Датчик работает на принципе обнаружения незначительных изменений уровней энергии электронов в условиях магнитного поля. Миниатюрный рубидиевый элемент нагревается в герметичной прозрачной ячейке до образования пара рубидия. Луч полупроводникового лазера пропускается через атомный пар. При наличии магнитного поля некоторое количество лазерного излучения абсорбируется атомами, и это обнаруживается фотоэлементом. Большие магнитные поля вызывают пропорционально большие изменения уровней атомной энергии и изменяют поглощение атома.

2. Нанодатчики в космосе
В совместном проекте NASA и корпорации Aerospace планируется создать «черный ящик», в котором будут использованы нанодатчики массой несколько граммов. Подобные устройства будут служить для сбора данных о входе космических объектов в земную атмосферу из космоса. После прохождения опасного скоростного участка и входа в плотные слои атмосферы черный ящик будет «звонить домой» и передавать данные с использованием спутника до посадки на землю или водную поверхность.

Для сравнения: «черный ящик» промышленной авиации аналогичного назначения (REBR) весит около 2,2 фунта. NASA намечает опытные испытания REBR осенью 2006 г. на борту невозвращаемой ракеты Delta II. Если испытания пройдут успешно, планируется использовать нанотехнику в экспедициях на Луну и Марс. Нанодатчики могут быть упакованы в маленькие сферы, которые будут использоваться на космическом корабле Crew Exploration Vehicle (CEV), разрабатываемом для замены «челнока». Как объявил президент Буш, демонстрационный полет CEV состоится в 2008 г., а пилотируемый полет — в 2014 г.

Нанотехника способна послужить для выполнения контрольных функций на борту. Зонды могут использоваться как разведывательные устройства, которые выбирают места посадки для космического корабля, или для ориентирования корабля на незнакомой территории. Радиосигналы с нанозондов позволят экипажу знать, где он находится.

Нанотехника может также сыграть роль в полетах, использующих «аэрозахват», или при входе в незнакомую атмосферу. В технике аэрозахвата планетарная атмосфера используется для изменения скорости корабля. Космический корабль делает глубокий «прыжок» в атмосферу для установления орбиты без использования топлива. Этот метод позволит уменьшить типовую массу межпланетного космического корабля наполовину, позволяя задействовать меньшие, менее дорогие транспортные средства.

Разведывательный зонд может двигаться впереди космического корабля и предоставлять данные о давлении и плотности атмосферы, определяя полетный коридор с устойчивым положением корабля и уменьшением степени риска при выполнении миссии аэрозахвата.

Статья опубликована в журнале BYTE № 1 (89), январь 2006 г.
Перепечатывается с разрешения редакции.
Статья помещена в музей 14.05.2009

Уменьшение смещения нуля МЭМС-датчиков при температурном гистерезисе | Крылов

Введение

Одной из проблем летательных аппаратов является стойкость аппаратуры к резкому изменению температуры, обусловленному сменой времени суток и высоты. Эта проблема особенно характерна для МЭМС-датчиков в составе навигационных систем. Известно, что калибровочные алгоритмы и данные, пригодные для маломеняющихся внешних воздействий, не подходят для условий экстремальной смены температур [1]. Однако такой процесс может быть смоделирован в лабораторных условиях, смоделирован и учтен при калибровке [2].

Во многих работах исследована зависимость погрешностей МЭМС-датчиков, таких как дрейф нуля и нестабильность масштабного коэффициента от температуры. Например, в работе [3] исследовалось изменение положения точек кремниевой структуры чувствительного элемента, при этом обнаружена разница в этом изменении при нагревании и охлаждении, составляющая порядка 100 нм (рис. 1).

Это свидетельствует о различной температурной деформации кремниевых составляющих, зависимой от разной температурной динамики. Изменение размеров чувствительных масс приводит к изменению собственных частот их колебаний и, как следствие, к несколько изменяющимся точностным характеристикам. Также стоит отметить, что капсула МЭМС нагревается и остывает неоднородно, в качестве примера на рисунке 2 изображено охлаждение капсулы МЭМС в месте ее установки [4]. Это вносит дополнительную зависимость от температурной динамики.

Рис. 2. Неоднородность температурной динамики МЭМС-капсулы

Однако указанные особенности могут быть учтены даже при работе с МЭМСдатчиком как конечным продуктом, то есть не касаясь его внутренней конструкции и настройки. Так, в работе [5] рассматривалась динамическая коррекция дрейфа при разной температуре, вызванной внутренним нагревом электронных элементов. Однако эта работа хотя и разделяет начальное смещение и дрейф (изменение смещения в процессе работы датчика), но рассматривает только динамику второго параметра, а также не рассматривает явление гистерезиса, то есть заранее неопределенного изменения внешних воздействий. Работа [2] учитывает внутренний нагрев датчика, изменчивость дрейфа от времени при разнонаправленном гистерезисе, а также величину изменения температуры. В [6] предложена линейная интерполяция гистерезисного дрейфа, а в [7][8] предложен механизм нейронных сетей для оценки поведения дрейфа в ходе термоциклирования. Тем не менее ни в одной работе не представлен универсальный алгоритм, учитывающий динамику во всех возможных температурных условиях.

Постановка задачи

В целом смещение нуля в плане статистической разнородности и зависимости от условий можно разложить на составляющие по следующей модели (пример для гироскопов, для акселерометров модель аналогична):

Δω_см = Δω_Т.сист + Δω_хр + Δω_t+ Δω_нестаб, (1)

где Δω_Т.сист – систематическая составляющая смещения нуля, зависимая от температуры; Δω_хр – изменяющаяся от времени хранения систематическая составляющая смещения нуля; Δω_t – систематическая составляющая смещения нуля, зависимая от времени с момента включения при неизменных внешних условиях; Δω_нестаб – нестабильность смещения нуля от включения к включению.

Задача этой работы – исследование составляющей Δω_Т.сист, особенностей ее изменчивости и применения. При этом считаем на момент калибровки Δω_хр = 0, а Δω_нестаб – случайным процессом с нулевым средним, достижимым при достаточном количестве измерений.

В связи с указанными особенностями зависимости смещения МЭМС-датчиков не только от текущей температуры составляющих элементов, но и от истории ее изменения, необходимо предложить технологический подход по определению параметров составляющей Δω_Т.сист смещения нуля при различных температурных динамиках, идентификации этих динамик и способах учета этих параметров при калибровке датчиков в составе гироинерциального блока.

Исследуемый ГИБ и его свойства

Калибровка МЭМС-датчиков проводится в составе гироинерциального блока (ГИБа, рис. 3), который может выдавать как прямые измерения гироскопов и акселерометров, так и навигационные параметры, такие как углы ориентации, линейные скорости и координаты относительно сторон света. ГИБ содержит микроконтроллер, обеспечивающий снятие измерительной информации с датчиков, применение калибровочных алгоритмов и данных, а также выдачу конечных параметров в требуемом виде. Рабочий диапазон гироскопов – ±500°/c, акселерометров – ±100 g, частота выдачи информации – 1000 Гц.

Рис. 3. МЭМС-датчики в составе ГИБа

Основная часть

Помимо разделения по формуле 1 в смещения нуля можно выделить начальное смещение и дрейф нуля, это разделение составляющих смещения нуля обусловлено физическими причинами. Основная причина изменчивости начального смещения – нестабильность электронных преобразователей сигнала и погрешность АЦП в составе МЭМС-датчика, а изменчивости дрейфа – нестабильность температурных градиентов [9] внутри капсулы МЭМС. Оба параметра могут быть независимо описаны по формуле 1 (для начального смещения без учета Δω_t = 0), при этом с несколько отличными характеристиками. Так, оба параметра имеют нестабильность, связанную с продолжительным хранением [10], при этом нестабильность начального смещения нуля значительно выше. На рисунке 4а изображены разбросы начальных смещений МЭМС-гироскопов, на рисунке 4б – аналогичные разбросы дрейфов МЭМС-гироскопов (дрейф считается с учетом вычтенного начального смещения нуля). Видно, что разброс начального смещения для гироскопов приблизительно такой же, как разброс дрейфов с учетом вычтенного начального смещения. То есть смещение первых две секунд вносит такой же вклад в суммарную погрешность, как и смещение последующих 40–60 секунд без учета первых двух. Подобная картина справедлива для большинства МЭМС-датчиков разных производителей, как отечественных, так и зарубежных.

Рис. 4. Разбросы: а – начальных смещений, б – дрейфов с вычтенными начальными смещениями

Для постоянных температур проблема получения систематических калибровочных коэффициентов решается путем многократного повторения измерения дрейфа в одинаковых независимых условиях и последующего осреднения значений. При измерении смещения нуля в условиях гистерезиса достижение подобных условий невозможно по причине неодинаковости температурной динамики, обеспечиваемой термокамерой, а также несовпадения температуры, задаваемой термокамерой, и фактической температуры на датчике (причиной чего является инертность теплоты воздуха около датчиков в составе ГИБа, а также внутренний нагрев датчиков в процессе работы).

С целью решения проблемы зависимого от гистерезиса смещения нуля была создана методика, отделяющая естественный нагрев и вызванный им дрейф от внешнего нагрева и дрейфа гистерезиса, а также учитывающая различные начальные смещения нуля. Экспериментальным образом были приблизительно определены временные интервалы, соответствующие каждой температурной точке от 20 до 60 градусов с шагом 2 градуса при росте и падении температуры. При повторениях эксперимента значения измеренных термодатчиком температур на одной точке имеют СКО примерно в пределах 0,5 °C. Разброс смещений и дрейфов в условиях изменяющейся внешней среды несколько больше, чем при неизменных внешних условиях.

Явление гистерезиса проявляется при резком (не менее 2 градусов в минуту) изменении внешней по отношению к датчику окружающей среды. Фактически измеряемая термодатчиком температура при включении на охлаждении и нагревании, как и при неизменности среды, будет одинаковой, однако по ходу измерения температурная динамика будет разной. На рисунке 5 изображена динамика изменения смещения нуля при резком нагревании и охлаждении.

По рисунку видно, что изменяется от температурной динамики не только дрейф, но и начальное смещение, ему соответствует левый конец красной линии и правый конец синей линии на двух рисунках (после достижения +65 °С питание было подано заново). Это значит, что начальное смещение не может быть предсказано непосредственно при включении, необходима минимально достоверная информация по разности температур в момент измерения относительно температуры включения (опытным путем установлено необходимое время не менее 5 секунд). Это достаточное время для достоверной оценки изменения показаний термодатчика, по которому можно будет идентифицировать характер внешней температуры и выбрать соответствующий режим работы: постоянные условия, нагревание или охлаждение. Только после этого могут быть уточнены адекватные текущей динамике коэффициенты, при этом за первые минимум 5 секунд может накопиться ошибка, критичная для задач навигации, особенно с учетом большого веса начального смещения в общей погрешности.

Для ГИБ с выходами, содержащими прямую измерительную информацию с гироскопов и акселерометров, смещение может быть оценено при измерении в неподвижном положении по формулам с линейной зависимостью от времени:

Δω_{Т.систГ} = drg×t + ω₀, (2)

Δω_{Т.систА} = drg×t + n₀, (3)

где ω₀ и n₀ – начальное смещение нуля гироскопа и акселерометра соответственно; dr – зависимый от времени коэффициент изменения дрейфа (для случая с несколькими временными точками для каждого интервала рассчитывается соответствующий коэффициент), t – время от включения.

То есть формулы 2 и 3 предлагают определение коэффициентов Δω_Т.сист отдельно как для начального смещения, так и для дрейфа нуля. При этом необходимо заранее измерить и учесть составляющую Δω_t , что обеспечит наблюдаемость Δω_Т.сист.

Для ГИБ с выходами, содержащими навигационную информацию, смещение в неподвижном положении определяется по упрощенной матрице [11], формула 4 – пример для северного канала:

где x₁ – ошибка координаты, x₂ – ошибка линейной скорости, x₃ – ошибка угла ориентации, x₄ = υω_Г – смещение нуля гироскопа, x₅ = υn_A – смещение нуля акселерометра, ω_ш – частота шулера, g – ускорение свободного падения, δω_Г – шум гироскопа, δn_A – шум акселерометра.

В случае если вычислительные мощности позволяют определять калибровочные коэффициенты в процессе измерений, а не в ходе постобработки, может быть применен фильтр Калмана [12]. Пример определения трех коэффициентов дрейфа в реальном времени при помощи фильтра Калмана показан на рисунке 6.

Для учета разброса значений начального смещения нуля и дрейфа от включения к включению по формуле доверительного интервала было определено количество повторений (15) для нахождения систематической составляющей дрейфа нуля с доверительной вероятностью 99 %. В случае с 15 повторениями дрейф, температурные значения и корреляционные коэффициенты связываются следующей системой уравнений:

dr = T × drt, (5)

где drt – набор коэффициентов зависимости дрейфа датчика от температуры; T – набор разностей температур, измеренных термодатчиком в момент измерения и при включении.

Задача представляет собой простейшую линейную регрессию, искомый параметр которой определяется методом наименьших квадратов [13]:

drt = (T^T × T)^–1 × T^T × dr. (6)

Аналогичную формулу следует использовать применительно и к начальному смещению нуля. Подобный подход с нахождением коэффициентов drt необходимо применить для случаев с постоянной температурой, нагреванием и охлаждением, так как, исходя из данных рисунка 5, эти коэффициенты будут отличаться.

Применение данного подхода к компенсации смещения при температурном гистерезисе в ходе работы датчика осложнено тем обстоятельством, что до момента точного определения коэффициента проходит ненулевое время (в качестве примера возьмем временную точку на 10-й секунде). Так как коэффициент начального смещения нуля и первые коэффициенты дрейфа, определенные для текущей динамики на 10-й секунде, могут отличаться от коэффициентов, использованных до 10-й секунды, за счет предварительных оценочных данных, то при использовании навигационных параметров следует ввести поправку с учетом разности предварительных и итоговых корреляционных коэффициентов. В зависимости от объема памяти и мощности вычислительных средств можно использовать следующие способы.

1. При наличии памяти и вычислительных ресурсов все измеренные данные могут быть сохранены в памяти, вычисления по общей формуле перехода от измерений датчиков первичной информации к навигационным параметрам произведены заново. При этом при значительной разности изначального и оцениваемого параметра в точке достижения требуемой точности может произойти резкий скачок в значениях навигационных параметров по сравнению с предыдущим значением. Это может иметь негативные последствия для управляющей системы, поэтому такой способ нежелателен.
2. При отсутствии достаточного количества памяти способ 1 может быть упрощен благодаря замене массива измеренных данных несколькими усредненными значениями. Это даст более грубую конечную ошибку навигационных параметров и не решает проблему скачка параметров.
3. При отсутствии значительных вычислительных ресурсов можно воспользоваться упрощенной оценочной формулой погрешности координат для инерциальных навигационных систем [14]:

где δx – ошибка координаты, R – радиус Земли, φ – угол крена, t – время оценки ошибки, ∂V_x – производная (изменение) восточного канала угловой скорости, dr_ω – оцененное значение дрейфа, dr_ω0 – начальное смещение нуля, ω₀ – частота Шулера, dr_a – дрейф акселерометра (при его наличии), β – угол тангажа.

Подобную формулу можно применять для каждого измерения и переоцененного значения дрейфа dr_ω, а также переоцененного dr_ω0. Такие формулы не учитывают перекрестные связи, имеющие незначительную составляющую, тем самым сводя вычисления от матричных уравнений к линейной формуле, но могут иметь значительную ошибку на большом временном интервале.

Результаты применения предложенного алгоритма

Предложенный способ компенсации смещения нуля МЭМС-датчиков был реализован алгоритмически в прошивке гироинерциального блока. Применение этого алгоритма оценивалось через две недели после калибровки для неподвижного положения при выходной информации с прямыми измерениями угловой скорости и линейного ускорения. Данный эксперимент проводили при достижении температуры +40 °C в трех режимах: постоянной выдержанной температуре, нагревании от +20 до +60 °C и охлаждении от +60 до +20 °C (прибор при этом включался при достижении внутренним термодатчиком температуры около +40 °C). Подобное испытание повторялось 15 раз, оценивались средние арифметические значения показаний гироскопов за 1 минуту работы, итоговым результатом считалось максимальное по модулю значение. Результаты эксперимента приведены в таблице 1.

Таблица 1

Значения смещения нуля на 60-й секунде при калибровке с обычным алгоритмом компенсации и модифицированным

По результатам видно, что даже после калибровки значения смещения при гистерезисе остались хуже, чем при постоянной температуре. Это свидетельствует о высокой изменчивости параметров, зависящих от температурной динамики. То есть составляющая нестабильности от включения к включению Δω_нестаб в условиях гистерезиса выше, чем при постоянной температуре. При этом заметно, что некоторая постоянная составляющая присутствует во всех результатах, что объясняется изменением от времени хранения составляющей Δω_хр. Однако значение этой составляющей оценивалось только для постоянных внешних условий, и ее изменение для условий температурного гистерезиса требует дополнительного исследования.

Для проверки способов применения предложенных алгоритмов к блоку с выходами инерциальной навигационной системы без коррекции было проведено полунатурное моделирование. Суть моделирования заключалась в применении модели датчиков с параметрами смещения нуля, близкими к рассмотренным, в качестве показаний датчиков первичной информации для смоделированной по традиционным алгоритмам ориентации и навигации инерциальной навигационной системы. Исследовался вариант неподвижного положения навигационной системы, оценивалось ее состояние на 10-й секунде работы, для которой был алгоритмически задан переход при первом и втором способе. Ошибки по координате до и после перехода, а также скачок параметров отображены в таблице 2.

Таблица 2

Ошибка отклонения по координате на 10-й секунде и оценка скачка этого параметра после пересчета коэффициентов

Очевидно, что способ 3 имеет достаточно значительную остаточную ошибку, однако имеет достоинство, связанное с отсутствием скачка. Данные результаты свидетельствуют о дополнительных сложностях при использовании навигационных систем на МЭМСдатчиках в резко изменяющихся внешних условиях, одним из решений данной проблемы может быть предсказание изменения температуры в зависимости от условий движения.

Выводы

В работе описано и исследовано явление гистерезиса в смещении нуля МЭМС-датчиков. Предложено разделение смещения нуля на составляющие, зависимые от разных условий, а также пояснен смысл разделения начального смещения и дрейфа нуля. Показана роль температурной составляющей в суммарной погрешности смещения нуля. Описан способ компенсации начального смещения и дрейфа нуля МЭМС-датчиков при температурном гистерезисе, который является обобщением традиционного способа калибровки смещения нуля при постоянной внешней температуре. Новизной работы является предложенный метод калибровки, который позволяет учитывать разное смещение нуля гироскопов и акселерометров при заранее неопределенной температурной динамике. Описаны три способа устранения погрешности изначально неопределенного дрейфа МЭМС-датчиков при применении их в составе инерциальной навигационной системы. Предложенный способ устранения температурной составляющей смещения нуля МЭМС-датчиков может быть полезен при их использовании в составе навигационной системы высокодинамичных летательных аппаратов.

1. Alper S.E., Akin T. A Single-Crystal Silicon Symmetrical and Decoupled MEMS Gyroscope on an Insulating Substrate. Journal of Microelectromechanical Systems. 2005. Vol. 14. No. 4. P. 707–717.

2. Gulmammadov F. Analysis, modeling and compensation of bias drift in MEMS inertial sensors. 2009 4th International Conference on Recent Advances in Space Technologies. P. 591–596.

3. Jin-Won Joo, Sung-Hoon Choa. Deformation Behaviour of MEMS Gyroscope Sensor Package Subjected to Temperature Change. IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies. 2007. Vol. 30. Issue 2. P. 346–354.

4. Tatar E., Guo C., Mukherjee T., Fedder G.K. Interaction Effects Of Temperature And Stress On Matched-Mode Gyroscope Frequencies. Transducers & Eurosensors XXVII: The 17th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (TRANSDUCERS & EUROSENSORS XXVII). 2013. P. 2527–2530.

5. Крылов А.А., Кузнецов П.С. Устранение смещения нуля МЭМС-гироскопов при различной температурной динамике // Вестник Концерна ВКО “Алмаз-Антей”. 2019. № 2. C. 34–39.

6. Aggarwal P., Syed Z., El-Sheimy N. Thermal Calibration of Low Cost MEMS Sensors for Land Vehicle Navigation. VTC Spring 2008 – IEEE Vehicular Technology Conference. P. 2859–2863.

7. Fontanella R., Accardo D., Schiano R., Moriello L., Angrisani L., De Simone D. MEMS gyros temperature calibration through artificial neural networks. 2018. Vol. 279. P. 553–565.

8. Fontanella R., Accardo D., Schiano R., Moriello L., Angrisani L., De Simone D. MEMS gyros temperature calibration through artificial neural networks. Sensors and Actuators A: Physical, 2018. Vol. 279. P. 553–565.

9. Nagel C., Ante F., Putnik M., Classen J., Mehner J. Characterization of temperature gradients on MEMS acceleration sensors. Procedia Engineering. 2016. No. 168. P. 888–891.

10. Prikhodko I.P., Nadig S., Gregory J.A., Clark W.A., Judy M.W. Half-A-Month Stable 0.2 Degree-Per-Hour Mode-Matched MEMS Gyroscope. 2017 IEEE International Symposium on Inertial Sensors and Systems (INERTIAL) P. 15–18.

11. Кузовков Н.Т., Салычев О.С. Инерциальная навигация и оптимальная фильтрация. М.: Машиностроение, 1982. С. 90–95.

12. Ориентация и навигация подвижных объектов / Под ред. Б.С. Алешина, К.К. Веремеенко, А.И. Черноморского. М.: Физматлит, 2006. С. 331–349.

13. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Исследование зависимостей. М.: Финансы и статистика, 1985. С. 208–212.

14. Помыкаев И.И., Селезнев В.П., Дмитроченко Л.А. Навигационные приборы и системы. М.: Машиностроение, 1983. С. 45–60.

Датчики МЭМС - Датчики инклинометра

МЭМС-датчики - инклинометры

МЭМС-сенсоры и инклинометры

Эти аналоговые и цифровые инклинометрические датчики предлагают рабочий диапазон ±90° с точностью ±0,1° с опциональными выходами аналоговых 0-5 В постоянного тока и цифровой связью RS-485. Аналоговые и цифровые инклинометры с датчиками угла наклона MEMS стоят дороже, чем наши электролитические датчики угла наклона, благодаря высокоточному внутреннему датчику MEMS, т. Для более дешевой опции смотрите наши электролитические инклинометрические датчики.

Чтобы узнать больше о принципах электролитического измерения угла наклона и о том, как интегрировать цифровые инкрементометры и MEMS-датчики угла наклона в ваше приложение, смотрите наш раздел "Электролитическое измерение угла наклона". Техническая информация страница.

Смущены терминологией?

В чем разница между аналоговым и цифровым инклинометром?

Мы часто получаем этот вопрос. Обычно аналоговый инклинометр - это инклинометр с аналоговым выходом, например, с напряжением (например, от 0 до 5 В постоянного тока) или током (от 4 до 20 мА). Цифровой инклинометр имеет цифровой выход, также называемый цифровой связью, как CAN Bus, RS-232, RS-485, SPI, или USB, среди многих других.

В чем разница между аналоговым инклинометром, цифровым инклинометром, датчик уклонадатчик МЭМС, и датчик наклона МЭМС?

Нам тоже часто задают этот вопрос. Хотя между этими разными терминами могут быть тонкие различия, многие люди используют их взаимозаменяемо. Вы всегда можете связаться с нами по любым вопросам, если Вам нужна дополнительная информация!

Новости - Ультразвуковые МЭМС-датчики ToF (Chirp) от TDK открывают путь к обнаружению приближения и присутствия

Последнее поколение ультразвуковых датчиков приближения Chirp от TDK открывают новые возможности по обнаружению объектов в устройствах умного дома.

Сенсоры имеют крошечный пьезоэлектрический микромашинный ультразвуковой преобразователь (PMUT). Мембрана датчика создаёт звуковые волны на ультразвуковых частотах. В сочетании с энергоэффективным цифровым сигнальным процессором (DSP) ASIC решение умещается в корпусе размером 3,5 x 3,5 мм.

Chirp потребляет около 15 мкА, что примерно в 500 раз меньше, чем у ИК-датчиков ToF. Это позволит устройству долгое время работать от одного источника питания.

В зависимости от выбора продукта дальность действия составляет до 5 м для Ch301 и 1,2 м для Ch201.

Сенсоры работают при любых условиях освещения и обеспечивают измерения дальности с точностью до миллиметра независимо от цвета и оптической прозрачности цели.

Сверхнизкая мощность ультразвукового датчика Chirp позволяет ему всегда быть включенным и, после обнаружения человека в доме, автоматически включать сигнал тревоги или свет.

Представленные ToF сенсоры Ch201 и Ch301 от TDK уже сегодня доступны для заказа. По всем интересующим вопросам можете обращаться по электронному адресу Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..

Сейлз-инженер:

Волков Алексей

 +7(343) 372-92-30 доб. 443

Написать

Необычные уязвимости датчиков MEMS | Блог Касперского

То, что теперь у каждого цифрового устройства есть куча «органов чувств», помогающих ему взаимодействовать с физическим миром, — это, с одной стороны, удобно. Но с другой — создает новые, порой весьма неожиданные угрозы. Дело в том, что эти «органы чувств» хоть и близки к человеческим функционально, но по конструкции и возможностям сильно от них отличаются. И об этом не всегда задумываются при разработке электроники.

Взять, к примеру, ультразвуковые команды: человек их не слышит, а голосовые помощники — не только слышат, но и исполняют. Впрочем, взлом ассистента с помощью звука, хоть и неуловимого для человеческого уха, — это хотя бы как-то можно понять и предугадать. А вот как насчет… света?

Как услышать свет: MEMS-микрофоны и их причуды

Оказывается, если преобразовать голосовую команду в мерцание лазера и направить луч на микрофон, то ассистент благополучно распознает и выполнит запрос. Это выяснили исследователи из Университета электрокоммуникаций японского города Тёфу и Мичиганского университета. Они смогли передать команды гаджетам на расстояние в несколько десятков метров. Единственное условие — между источником лазерного луча и микрофоном устройства должна быть прямая видимость.

Исследователи опробовали лазерную атаку на умных колонках, смартфонах, планшетах и других устройствах, работающих под управлением Amazon Alexa, Apple Siri и Ассистента Google. Везде трюк сработал, различалось лишь расстояние, на котором микрофон улавливал сигнал — от 5 до 110 метров. Теоретически дальность атаки может быть и больше, если мощность лазера и характеристики объектива позволяют.

В видео ниже (в качестве примера того, что можно сделать с помощью данного метода) исследователи, сидя в соседнем здании, заставляют умную колонку Google Home открыть гараж.

Почему MEMS-микрофоны реагируют на свет

Теперь немного о том, как это работает. Лазерная атака возможна из-за особенностей устройства микрофонов в гаджетах. Большинство современных микрофонов, встроенных в умную электронику, относится к микроэлектромеханическим системам (сокращенно — МЭМС или MEMS). Это миниатюрные устройства, в которых электронные и механические компоненты объединены в одну замысловатую конструкцию.

MEMS-устройства массово изготавливают по тем же технологиям, что и компьютерные чипы, в основном из того же материала — кремния, и с той же степенью миниатюризации: размеры отдельных деталей этих устройств измеряются в микрометрах или даже нанометрах. При этом стоят MEMS-устройства невероятно дешево, так что уже успели вытеснить большинство других вариантов конструкции датчиков и прочих миниатюрных приспособлений, которые работают на стыке электроники и физического мира.

Основная чувствительная часть MEMS-микрофона — это тончайшая мембрана, примерно в сто раз тоньше человеческого волоса. Эта мембрана колеблется под воздействием звуковых волн. В результате пространство между ней и неподвижной частью датчика то увеличивается, то уменьшается. При этом мембрана и неподвижное основание датчика вместе образуют конденсатор, так что при изменении расстояния между ними меняется емкость. Эти изменения несложно измерить и записать, а потом преобразовать в звукозапись.

Луч света тоже может создавать волны, вызывающие колебания чувствительной мембраны. Так называемый фотоакустический эффект известен еще с конца XIX века. Тогда шотландский ученый Александр Грейам Белл (да-да, тот самый, который запатентовал телефон) изобрел фотофон — прибор, позволяющий обмениваться звуковыми сообщениями с помощью луча света на расстоянии в несколько сотен метров.

Чаще всего фотоакустический эффект возникает из-за того, что свет нагревает то, на что попадает. При нагревании предметы расширяются и становятся больше, а когда остывают — уменьшаются до исходных размеров. То есть под воздействием мерцающего лазерного луча они будут меняться в размере. Вы, скорее всего, этого не заметите, но MEMS-датчик — микроскопический и восприимчив даже к микроскопическому воздействию. Поэтому подобные колебания он почувствует и честно преобразует в звукозапись, которая потом будет распознана как голосовая команда.

Музыка движения: чувствительность MEMS-акселерометра к звуку

Технология MEMS используется не только в микрофонах, но и во множестве других датчиков. Взять, к примеру, датчики движения — гироскопы и акселерометры. Они есть в кардиостимуляторах, подушках безопасности в автомобилях и много где еще. Именно они отвечают за поворот экрана в смартфонах и планшетах, и их тоже можно обмануть необычным способом.

Пару лет назад исследователи из университетов Мичигана и Южной Каролины провели эксперимент, подчинив акселерометры, которые в норме должны реагировать на движение… звуку.

Почему MEMS-акселерометры реагируют на звук

А дело тут вот в чем. Датчик определяет, что устройство движется, по смещению микроскопического груза. Звуковые волны могут вызывать колебания груза, заставляя акселерометр думать, что он перемещается в пространстве. Исследователи испытали два десятка распространенных моделей акселерометров, и три четверти из них оказались восприимчивы к звуку.

Так, в рамках исследования ученые заставили фитнес-браслет Fitbit считать липовые шаги, а смартфон — рулить радиоуправляемой машинкой, лежа на столе. Обычно игрушка реагирует на наклон гаджета, но исследователи обманули датчик смартфона при помощи музыки, которую включили на нем же.

Надышались гелием: iPhone в отключке

Не все причуды MEMS находят в лабораторных условиях. Сисадмины одной из американских клиник столкнулись со странным явлением во время установки нового аппарата МРТ: сотрудники медцентра начали жаловаться на неработающие телефоны. Расследование показало, что из строя вышли только устройства Apple, в то время как гаджеты других производителей (а также компьютеры и медицинские аппараты) работали как ни в чем не бывало.

Виновником происшествия оказался сжиженный гелий, который применяется для охлаждения рабочих узлов томографа. При монтаже аппарата часть гелия вытекла, испарилась и распространилась по клинике — и даже малой концентрации газа хватило для того, чтобы айфоны начали впадать в летаргический сон.

Почему iPhone перестают работать из-за гелия

В отличие от прочей техники в клинике, в которой микроэлектромеханические устройства тоже используются, но не критичны для системы, в Apple Watch и айфонах начиная с шестого они отвечают за работу тактового генератора — по сути, часов, которыми пользуется вся более умная электроника. А без точного времени устройства жить не могут.

Внутри MEMS-генераторов, которые оказались виновниками отказа айфонов, создается вакуум, необходимый для их нормальной работы. Чтобы этот вакуум ничто не заполнило, при производстве чипы наглухо «запечатывают» тонким слоем кремния. Однако молекулы гелия настолько малы, что проникают сквозь кристаллическую решетку кремния и мешают нормальной работе содержащегося внутри чипа микроскопического резонатора. В результате электроника сходит с ума, айфон выключается и перестает на что-либо реагировать.

О том, что гаджеты Apple не переносят гелий, в компании знают и даже предупреждают в руководстве пользователя: «Если iPhone находится в условиях с высокой концентрацией промышленных химикатов, в том числе вблизи испарившихся сжиженных газов, таких как гелий, возможно повреждение iPhone или нарушение его функциональности». Однако подобные ситуации так редки, что о них мало кто задумывается.

Впрочем, «продышавшись», большинство пострадавших устройств пришло в норму (правда, на это требуется довольно много времени — до нескольких дней). А производитель MEMS-датчиков, которые используются в iPhone, уверяет, что более новые поколения устройств невосприимчивы к подобным газам.

Берегите свои устройства

Пока инциденты с датчиками — скорее исключение, чем правило. Более того, производители постоянно улучшают свои продукты, а исследователи предлагают варианты защиты от смоделированных атак. Но на всякий случай рекомендуем вам держать свои гаджеты подальше от окон, баллонов с гелием и прочей химией.

«Ситроникс» опробует МЭМС

"Ситроникс Микроэлектроника" планирует создать совместное предприятие с двумя иностранными производителями. Российская компания собирается выпускать микроэлектромеханические системы (МЭМС) для создания устройств обработки видеосигнала, применяющиеся в электронных системах автомобилей и мобильных устройств. Одним из партнеров "Ситроникса" может стать швейцарская STMicroelectronics.

Об этом сообщили представители STMicroelectronics вчера на пресс-конференции, посвященной партнерству с "Ситроникс Микроэлектроника". "Мы видим несколько областей сотрудничества, - заявил вице-президент группы по производству и технологиям STMicroelectronics Алан Астье. – В частности, мы планируем развивать новые решения для российского рынка в области датчиков изображения, а также новые технологии 3D-сборки для различных областей применения датчиков".

МЭМС - технологии и устройства, объединяющие микроэлектронные и микромеханические компоненты. МЭМС-датчики широко применяются в автомобильной промышленности для управления подушками безопасности, в охранной сигнализации, в навигационных системах для исчисления пройденного пути или определения маршрута следования.

Вице-президент по региону EMEA, директор по развитию партнерских программ STMicroelectronics Жан-Марк Шомон отказался прокомментировать, когда будет создано совместное предприятие и как распределятся в нем доли партнеров. "STMicroelectronics имеет большой опыт производства сенсорных датчиков и поставляет ежегодно около 1 млрд чипов в данной отрасли рынка, - отметил он. - Проект включает не только производство кремниевых чипов, но и 3D-сборку, и изготовление самих устройств. Первоначально мы планируем создать центр разработок, в качестве одного из вариантов компании рассматривают размещение в инновационном кластере "Сколково".

Пресс-служба "Сколково" не предоставила комментариев, на каких условиях компании могут открыть в фонде центр научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ (НИОКР). Как указано на сайте фонда, в "Сколково" представлено 22 корпоративных центра НИОКР, в числе которых представительства западных корпораций Intel, Microsoft, SAP, Samsung.

"Мы ведем с STMicroelectronics переговоры о создании совместного предприятия по разработке и производству сенсоров изображения и устройств интеллектуальной обработки видеосигнала, - подчеркнула вице-президент "Ситроникса" по корпоративным коммуникациям Ирина Ланина. - Также мы обсуждаем возможность поставки микрочипов для программы "Умный дом".

Источник на рынке микроэлектроники сообщил, что "Ситроникс Микроэлектроника" не исключает привлечение для этого проекта еще одного иностранного партнера.

Пресс-служба американского производителя микроэлектроники Qualcomm уточнила репортеру ComNews, что компания не занимается разработкой сенсоров изображения, но сотрудничает с производителями сенсоров, чтобы клиенты и OEM-производители Qualcomm могли интегрировать эти сенсоры в смартфоны.

По мнению экспертов аналитической компании Yole Developpement (специализируется на рынке производителей микроэлектроники), товары массового рынка, в частности смартфоны, повысили спрос на датчики перемещения – акселерометры и гироскопы МЭМС. Такие МЭМС-устройства, как генераторы, микрозеркала для встраиваемых пикопроекторов, коммутаторы и конденсаторы переменной емкости, датчики температуры и влажности, автофокус и микродинамики, будут стимулировать развитие рынка МЭМС в 2013 г. "Развитие этих сегментов рынка МЭМС увеличит его объем на $13 млн в 2012 г. Этот показатель существенно вырастет в 2017 г., достигнув $2,3 млрд", - считают аналитики Yole.

Автор: Мария Петрова

МЭМС-датчики – путь к интеллектуальным устройствам и системам

Начнем с пояснения, что же такое МЭМС – электромеханические микросхемы. Проще говоря, это интегрированные устройства и системы, созданные путем объединения электронных (таких, например, как классические интегральные схемы) и механических компонентов. Однако общей чертой МЭМС является микроскопический размер этих систем. О каком масштабе идет речь? Микроскопический: размер чипов MEMS не превышает диапазона от нескольких микрометров до, самое большее, нескольких миллиметров.Конечно, эти устройства можно объединять в сложные системы в зависимости от функции, но особенностью единой МЭМС-системы является очень малый размер.

Проще всего понять, что такое МЭМС (или МСТ - MicroSystems Technology для краткости - как эти системы называют в Европе, или Микромашины - под этим названием в Стране восходящего солнца известны описываемые элементы), когда мы применить аналогию к классическим микроэлектронным системам, представленным каждой интегральной схемой.

Чип и МЭМС - сходства и различия

Фото: Алессандро Сириа / ResearchGate Изображение сканирующего электронного микроскопа, показывающее механические структуры в системах MEMS

В случае с классическими процессорами, микросхемами памяти, наборами микросхем, контроллерами памяти и многими другими компонентами, обычно используемыми в бытовой электронике и компьютерах, мы имеем дело со структурами на основе кремния.Процесс производства кремниевой интегральной схемы выглядит так: мы начинаем с монокристаллического кремния (кстати, методом получения чистого кремния в таком виде мы обязаны польскому химику Яну Чохральскому). Затем кремниевый материал разрезается алмазом на диски, каждый из которых является началом кремниевой пластины — основы каждой интегральной схемы. Диск обработан кислотой, а затем отполирован. Подготовленный таким образом материал подвергается фотолитографии, т.е. процессу экспонирования будущей структуры системы на поверхность кремния.Кремниевая пластина, экспонированная в процессе фотолитографии, подвергается так называемому ионная имплантация, также известная как легирование. В результате этого процесса в данной системе получаются требуемые электрические свойства кремниевой структуры, которая в одних местах становится проводником, а в других - изолятором. Следующим шагом будет нанесение несущего слоя для будущих транзисторов. После многократного легирования и шлифовки мы получаем готовую структуру системы, но без каких-либо соединений — о них позаботится процесс, называемый гальванопокрытием.Затем серия тестов и у нас есть готовый чип, например процессор для домашнего компьютера или ноутбука. Конечно, приведенное выше описание процедуры формирования ИС является гигантским упрощением, но более-менее показывает, как она выглядит. Помните, что все это происходит на микроуровне.

А как делают МЭМС чипы? Ну очень похоже, потому что это тоже структуры, в значительной степени основанные на кремнии.Только в этом случае есть очень важное отличие. В то время как классическая полупроводниковая система содержит только стационарные элементы, в МЭМС-системах есть не только электроника, но и электромеханические, и чисто механические структуры, и помните, что речь все же идет о микромасштабе. Микромеханические компоненты изготавливаются с использованием передовых технологий микрообработки, результатом которых является соответствующее профилирование кремниевой структуры для получения не только желаемых электрических свойств (как в интегральных схемах), но и чисто механических свойств (это уже особенность систем MEMS).Системы MEMS представляют собой комбинацию микродатчиков, микропреобразователей и микроэлектроники, работающих в одной (чаще всего) кремниевой структуре. Эта структура позволяет обнаруживать изменения в окружающей среде и измерять, например, давление, ускорение, температуру, акустику и многое другое. Микроэлектроника, присутствующая в системе MEMS, предназначена для передачи результата измерения в виде электронных импульсов за пределы системы.

Как все началось?

Фото: Джек В. Джуди / ResearchGate Одно из первых поликремниевых МЭМС-микроустройств, интегрированных с электронными схемами.

Первые представления об электромеханических микросхемах появились в технике уже в 1950-х годах.В 1959 году Ричард Фейнман, американский физик, объявил публичный конкурс, предложив 1000 долларов из своего кармана тому, кто первым построит электродвигатель меньше 64-й части дюйма (около 0,4 миллиметра), но за год до первого кремниевые тензорезисторы (датчики давления). Примерами систем MEMS являются датчики давления (первые были созданы в 1961 году) или акселерометры, столь распространенные в современных смартфонах. Первый кремниевый акселерометр был представлен задолго до любого смартфона, не говоря уже о мобильной телефонии, в 1970 году.

У вас есть струйный принтер? Вы просто используете МЭМС

Фото: Ги Кеонг Лау / ResearchGate Микросопла струйного принтера также являются примером микромеханических структур.

Широко используемая система MEMS, без ведома потребителей, что что-то в этом роде, используется соплами - как термическими, так и пьезоэлектрическими струйными принтерами.Термическая технология, использующая тепловое расширение паров чернил, еще в 1979 году была разработана компанией Hewlett-Packard (сегодня HP). Интересным фактом о тепловых соплах, изготовленных по технологии, разработанной HP, является то, что в данном случае мы имеем совершенно уникальный пример МЭМС, поскольку это электромеханическая система без движущихся частей. Однако это не только электронная система, ведь ее «механической» частью является сама гидромеханика — чернила струйного принтера, жидкость которых остается единственным подвижным элементом в этой системе.Как это работает? Внутри головки принтера есть много очень маленьких резисторов (они действуют как нагреватели). Их температура контролируется микропроцессором (электронным компонентом), который генерирует электрические импульсы. Когда чернила принтера проходят через резистор из-за нагрева жидкости, образуется пузырь, который выталкивает часть чернил из сопла, оставляя на бумаге микрослед.

Немного другая технология струйной печати, также использующая МЭМС, была разработана компанией Epson.Речь идет о пьезоголовках. В этом случае вместо резисторных микрокристаллов мы имеем пьезоэлектрические микрокристаллы, которые вибрируют при возбуждении электрическим импульсом. Эта вибрация вызывает попадание определенного количества чернил в сопло.

Акселерометры и МЭМС

Фото: Энгин Субаси / Shutterstock Акселерометр, гироскоп, магнитометр и термометр на одной плате

Начнем с того, что акселерометры — это устройства, созданные задолго до МЭМС-систем.Тот факт, что акселерометры MEMS сегодня присутствуют в наших смартфонах и планшетах, обусловлен миниатюризацией. Сам акселерометр представляет собой устройство, измеряющее силу между упруго подвешенной массой датчика и его корпусом. Из этого простого предложения можно сделать вывод, что акселерометром может быть, например, грузик на пружине с видимой шкалой, позволяющей измерять отклонение. Конечно, акселерометры МЭМС, которые работают, среди прочего, в мобильном оборудовании (смартфонах, планшетах, всевозможных фитнес-браслетах, смарт-часах и многом другом) они немного сложнее.Подвижный элемент (подвешенный небольшой инерционный элемент) заключен в небольшой корпус, напоминающий интегральную схему. Движение этого элемента в результате изменения направления и силы ускорения отслеживается (обычно по трем осям) в небольшой степени, что выражается в генерации импульсов, фактически являющихся результатом измерения. Эти типы решений отвечают, например, за то, что при повороте смартфона из портретного положения в панорамное меняется содержимое экрана. Акселерометры широко используются во многих продуктах и ​​решениях, как потребительских, так и промышленных.

МЭМС и медицина - датчики артериального давления

Фото: Тетсуи Дохи / Университет Тюо Прототип портативного измерителя артериального давления

Интересным примером применения технологии MEMS на практике являются датчики, анализирующие артериальное давление, применяемые в медицине.В отличие от классических клинических тонометров, они очень дешевы и не требуют стерилизации или калибровки. Они в гораздо меньшей степени нагружают пациента, чем классические манометры для измерения давления (такие останавливают кровоток, у здорового человека это не проблема, а у людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями, требующих частых измерений - да).

В 2014 году профессор Тетсуи Дохи представил прототип МЭМС-системы, способной измерять артериальное давление пациента тонометрическим методом.Устройство-прототип позволяло проводить чрескожное определение артериального давления при надавливании датчика на артерию, например лучевую артерию (она расположена близко к поверхности тела, что облегчает измерение). Понятие «давление на артерию» настолько обманчиво, что в случае микроструктур, таких как МЭМС-системы, трудно даже говорить о каком-либо «давлении» в случае элементов, весящих дробные доли грамма. Нет риска обструкции любого кровотока, как в вышеупомянутых компрессионных рукавах.

Тонометрический метод — это чрескожный метод определения артериального давления путем прижатия датчика давления к артерии, такой как лучевая артерия, которая находится близко к поверхности тела (рис.2). В этом методе измерения верхняя часть кровеносного сосуда сплющивается путем нажатия на нее с достаточной силой. В плоской части верхнего кровеносного сосуда натяжение кровеносного сосуда действует под прямым углом к ​​направлению измерения давления датчиком давления. Следовательно, кровяное давление можно измерить напрямую, поскольку сила, измеренная датчиком давления, становится равной кровяному давлению.

MEMS - важность этой технологии все время растет

Микроскопические электромеханические системы сегодня становятся все более важным элементом оборудования многих современных приборов.Без соответствующих датчиков, за которые отвечают разные МЭМС-системы, у нас были бы не только акселерометры в смартфонах, но и системы помощи водителю в современных автомобилях, а у дронов не было бы шансов быть такими успешными, как они есть. Наверняка вы слышали о чем-то вроде проектора, верно? В случае с проекторами, оснащенными проекционной системой, основанной на микромеханике крошечных зеркал, мы имеем дело с еще одним примером технологии МЭМС. Многие датчики, присутствующие в умном доме (датчик угарного газа, датчик затопления, датчик движения и многое другое), также являются МЭМС-системами, благодаря которым наша среда становится все более «умной».Без инерционных МЭМС-систем, например, не работали бы многие микрофоны, которыми оснащены окружающие нас электронные устройства. МЭМС-системы — это машинные чувства. Без микроэлектромеханики и мехатроники многие машины, функциональность которых зависит от ситуации в их среде, просто не работали бы.

.

МЭМС | Приложение | История

MEMS, т.е. самые современные решения в бытовой и промышленной электронике. Эта технология позволяет создавать небольшие интегрированные устройства или системы, созданные путем объединения механических и электрических элементов. Эти элементы изготавливаются в очень малых масштабах от микрометров до нескольких миллиметров. Благодаря им мы можем отслеживать, запускать и генерировать эффекторы в макромасштабе.

Технология МЭМС является междисциплинарной, что делает ее ударной мехатронной технологией.Он сочетает в себе опыт проектирования, проектирования и производства в широком и разнообразном диапазоне технических областей. Наиболее важными технологиями, используемыми при создании схем MEMS, являются технологии производства интегральных схем, машиностроение, материаловедение, электротехника, химия и химическая инженерия, а также жидкостная и оптическая инженерия.

Сложность самих МЭМС-микросхем проявляется в широком спектре приложений. Они используются, в частности, в автомобильной промышленности, медицине, электронике, связи, космонавтике и обороне.

В настоящее время наиболее известными системами MEMS являются акселерометры, которые позволяют контролировать, например, положение наших телефонов. Благодаря им наши экраны вращаются вместе с нашим телефоном. Также из них делают: проекционные хиппи, датчики артериального давления, оптические переключатели, микроклапаны, биосенсоры, микрофоны и многие другие изделия.

Именно технология МЭМС была провозглашена самой революционной технологией 21-го века. Потому что именно благодаря ему мы должны революционизировать промышленное производство, потребление и другие области науки.Все это путем объединения в микроэлектронику на основе кремния.

Микродатчик, выполненный по технологии MEMS

Происхождение и общее описание.

МЭМС, аббревиатура, пришедшая из США, также упоминается как Microsystems Technology (MST) в Европе и Micromachines в Японии. В то время как электроника устройства изготавливается с использованием технологии ИС, микромеханические компоненты изготавливаются путем передовых манипуляций с кремнием и другими подложками с использованием процессов микрообработки.Такие процессы, как объемная и поверхностная микрообработка, а также микрообработка с высоким соотношением сторон (HARM), выборочно удаляют части кремния или добавляют дополнительные структурные слои для создания механических и электромеханических компонентов. В то время как интегральные схемы предназначены для использования электрических свойств кремния, MEMS использует механические свойства кремния, а также его электрические свойства. В самом общем виде МЭМС состоит из механических микроструктур, микродатчиков, микропреобразователей и микроэлектроники, интегрированных в один и тот же кремниевый чип.Микросенсоры обнаруживают изменения в системной среде, измеряя механическую, акустическую, тепловую, магнитную, химическую или электромагнитную информацию. Микроэлектроника обрабатывает эту информацию и передает ее за пределы системы.

Устройства, изготовленные по этой технологии, очень малы, а это означает, что их компоненты обычно имеют микроскопические размеры. В настоящее время технология MEMS может использоваться для производства рычагов, шестерен и двигателей. Jednam MEMS — это не только миниатюризация механических элементов.Потому что большинство устройств даже не механические. Эта технология заключается в объединении механических и электронных элементов для создания сложных электронных систем.

История.

МЭМС, зародившиеся в начале 1950-х годов, постепенно превращаются из исследовательских лабораторий в повседневные продукты. Первые компоненты в промышленных масштабах появились только в середине 1990-х годов.Это были, среди прочего, акселерометры, используемые для управления подушками безопасности в автомобилях.

История МЭМС иллюстрирует разнообразие, конструкции и приложения. В следующем списке показаны основные этапы развития МЭМС:

1958 г. Первые коммерчески доступные силиконовые тензорезисторы.
1959 Ричард Фейнман объявляет публичный конкурс, предлагая 1000 долларов тому, кто первым создаст электродвигатель меньше 1/64 дюйма.
1961 Первый кремниевый датчик давления.
1967 Изобретение поверхностной микрообработки. Westinghouse создает полевой транзистор (RGT).
1970 Демонстрация первого кремниевого акселерометра.
1979 Первое микромашинное сопло для струйной печати.
Начало 1980-х Первые эксперименты с микрообработкой кремния.
1982 Одноразовый датчик артериального давления.
1988 Первая конференция по МЭМС.
1992 Первый шарнир в микромашинах.
1993 Продан первый микромашинный измеритель скорости (Analog Devices, ADXL50).
2000 Компоненты оптической сети MEMS.

Акселерометр в принципе представляет собой емкостное или пьезорезистивное устройство, состоящее из подвешенной массы, т. е. маятниковой пластины. Когда ускорение начинает действовать на массу, пластины изгибаются, что приводит к обнаружению ускорения.

Благодаря этому акселерометры можно использовать не только в автомобилестроении, например в подушках безопасности.Они также используются для: обнаружения землетрясений, виртуальных видеоигр и джойстиков, кардиостимуляторов, высокопроизводительных жестких дисков и вооружения. Конечно, это далеко не все области применения этой технологии.

Еще одним примером применения технологии MEMS является одноразовый датчик давления, который используется для контроля артериального давления в больницах. Этот датчик внутривенно подключается к пациенту, и кровяное давление контролируется через внутривенный раствор. Казалось бы, такие системы ужасно дороги.Однако это заблуждение, так как предыдущие устройства, использовавшиеся для этой деятельности, стоили 600 долларов за штуку. Системы MEMS стоят всего 10 долларов и не нуждаются в стерилизации или повторной калибровке, как их предшественники. Одноразовый датчик состоит из кремниевой подложки, которая вытравлена ​​для образования мембраны и приклеена к подложке. На поверхность диафрагмы вблизи края нанесен пьезорезистивный слой для преобразования механической нагрузки в электрическое напряжение.Давление соответствует отклонению диафрагмы. Измерительный элемент крепится на пластиковом или керамическом основании с пластиковым колпачком. Гель используется для отделения солевого раствора от сенсорного элемента. Как и в случае с датчиком подушки безопасности MEMS, одноразовый датчик артериального давления способствовал успеху MEMS.

Одним из наиболее успешных применений этой технологии является струйная печатающая головка. Струйные принтеры используют ряд сопел для распыления капель чернил непосредственно на бумагу.В зависимости от типа струйного принтера капли чернил образуются по-разному; термически или пьезоэлектрически. Изобретенная в 1979 году компанией Hewlett-Packard технология термоструйных печатающих головок MEMS использует тепловое расширение паров чернил. Внутри головки принтера находится ряд крошечных резисторов, называемых нагревателями. Эти резисторы могут нагреваться под управлением микропроцессора с помощью электронных импульсов длительностью в несколько миллисекунд.Чернила проходят через каждый резистор, который при сгорании нагревается за счет испарения чернил, создавая пузырь. По мере расширения пузыря часть чернил вытесняется из сопла пластины сопла, попадает на бумагу и почти мгновенно затвердевает. Когда пузырь схлопывается, создается вакуум, который втягивает в печатающую головку больше чернил из резервуара в картридже. Стоит отметить, что в этой системе нет движущихся частей (кроме самих чернил), что доказывает, что не все устройства МЭМС механические.

Выдавливание через фильеру может осуществляться с помощью пьезоэлектрических элементов. Затем электрический кристалл находится на задней части резервуара для чернил на каждом сопле. Пьезоэлектрический кристалл улавливает очень небольшое количество электрического заряда, который заставляет его вибрировать, что приводит к попаданию небольшого количества чернил в сопло. Когда вибрация повторяется, чернила всасываются обратно в резервуар. Epson запатентовала эту технологию, но она также используется большинством ведущих полиграфических компаний.

RF MEMS — одна из самых быстрорастущих областей коммерческой технологии MEMS. RF MEMS разработаны специально для электроники сотовых телефонов и других приложений беспроводной связи, таких как радары, спутниковые системы глобального позиционирования (GPS) и управляемые антенны. МЭМС позволила повысить производительность, надежность и функциональность этих устройств при одновременном уменьшении их размера и стоимости.

Источники:

1. https: // табл.wikipedia.org/wiki/...
2. https: //elektronikab2b.pl/tech ...
3. Инерционные МЭМС: принципы и практика
4. https: //encyklopedia.pwn.pl/ha ...
5. https : //ep.com.pl/files/1505.p ...

.

Что такое МЭМС (микроэлектромеханические системы)?

Что такое МЭМС (микроэлектромеханические системы)?

Дом

Новые технологии

MEMS — это современная технология, используемая для создания небольших интегрированных устройств или систем, сочетающих механические и электрические компоненты. Размер производимых деталей может варьироваться от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Эти устройства (или системы) способны воспринимать, контролировать и активировать в микромасштабе и генерировать эффекты в макромасштабе.

Междисциплинарный характер МЭМС использует опыт проектирования, проектирования и производства в широком и разнообразном диапазоне технических областей, включая технологию производства интегральных схем, машиностроение, материаловедение, электротехнику, химию и химическую инженерию, а также жидкости и оптику. инженерия. Сложность МЭМС также проявляется в большом разнообразии приложений, включающих МЭМС-устройства. МЭМС можно найти в автомобильных, медицинских, электронных, коммуникационных и оборонных системах.К известным в настоящее время МЭМС-устройствам относятся акселерометры с датчиками подушек безопасности, струйные головки, головки чтения и записи компьютерных дисков, проекционные микросхемы, датчики артериального давления, оптические переключатели, микроклапаны, биосенсоры, микрофоны и многие другие продукты, которые производятся в больших коммерческих объемах.

МЭМС была признана одной из самых многообещающих технологий 21 века, которая может произвести революцию как в промышленных, так и в потребительских продуктах за счет сочетания кремниевой микроэлектроники с технологией микрообработки.Если производство полупроводников считалось первой революцией в процессе миниатюризации, то МЭМС определенно является второй революцией.

МЭМС, аббревиатура, пришедшая из США, также упоминается как Microsystems Technology (MST) в Европе и Micromachines в Японии. В то время как электроника устройства изготавливается с использованием технологии ИС, микромеханические компоненты изготавливаются путем передовых манипуляций с кремнием и другими подложками с использованием процессов микрообработки.Такие процессы, как объемная и поверхностная микрообработка, а также микрообработка с высоким соотношением сторон (HARM), выборочно удаляют части кремния или добавляют дополнительные структурные слои для создания механических и электромеханических компонентов. В то время как интегральные схемы предназначены для использования электрических свойств кремния, MEMS использует механические свойства кремния, а также его электрические свойства. В самом общем виде МЭМС состоит из механических микроструктур, микродатчиков, микропреобразователей и микроэлектроники, интегрированных в один и тот же кремниевый чип.Микросенсоры обнаруживают изменения в системной среде, измеряя механическую, акустическую, тепловую, магнитную, химическую или электромагнитную информацию. Микроэлектроника обрабатывает эту информацию и передает ее за пределы системы.

Устройства МЭМС очень маленькие; их ингредиенты обычно микроскопические. В настоящее время рычаги, шестерни и двигатели могут быть изготовлены по технологии MEMS. Однако МЭМС касается не только миниатюризации механических компонентов, на самом деле термин МЭМС вводит в заблуждение, поскольку многие устройства ни в коем случае не являются механическими устройствами.МЭМС — это технология производства; парадигма проектирования и создания сложных механических устройств и систем и их встроенной электроники с использованием производственных технологий.

Начиная с раннего видения в начале 1950-х, МЭМС постепенно переходят из исследовательских лабораторий в повседневные продукты. В середине 1990-х годов компоненты MEMS начали появляться в самых разных коммерческих продуктах и ​​приложениях, включая акселерометры, используемые для проверки автомобильных подушек безопасности, датчики давления, медицинские приложения и струйные печатающие головки.Однако самый большой потенциал устройств MEMS заключается в новых приложениях в области телекоммуникаций, биомедицины и управления технологическими процессами. МЭМС как производственная технология имеет несколько очевидных преимуществ. Во-первых, междисциплинарный характер технологии МЭМС и ее микромашинной техники, а также разнообразие приложений привели к беспрецедентному множеству устройств и синергии в ранее не связанных областях (например, в биологии и микроэлектронике). Во-вторых, МЭМС позволяет производить компоненты и устройства с повышенной эффективностью и надежностью в сочетании с очевидными преимуществами уменьшения физических размеров, объема, веса и стоимости.В-третьих, МЭМС является основой для производства продуктов, которые невозможно изготовить другими методами. Эти факторы делают МЭМС потенциально гораздо более распространенной технологией, чем интегрированные микропроцессоры. Однако существует множество проблем и технологических препятствий, связанных с миниатюризацией, которые необходимо решить и преодолеть, прежде чем МЭМС сможет раскрыть свой огромный потенциал.

Хотя MEMS также называют MST, строго говоря, MEMS — это технологический процесс, используемый для создания миниатюрных механических устройств или систем, в результате чего он является подмножеством MST.

Микрооптоэлектромеханические системы (МОЭМС) также являются частью МСТ и вместе с МЭМС образуют специализированную технологическую область, использующую миниатюрные комбинации оптики, электроники и механики. Реальная разница между MEMS и MST заключается в том, что MEMS имеет тенденцию использовать полупроводниковые процессы для создания механической части. Напротив, нанесение материала, например, на кремний, является не технологией MEMS, а приложением MST.

История МЭМС иллюстрирует разнообразие, конструкции и приложения.В следующем списке показаны вехи MEMS:

1958 Первые коммерчески доступные силиконовые тензодатчики.
1959 Ричард Фейнман объявляет публичный конкурс, предлагая 1000 долларов тому, кто первым создаст электродвигатель меньше 1/64 дюйма.
1961 Первый кремниевый датчик давления.
1967 Изобретение поверхностной микрообработки. Westinghouse создает полевой транзистор (RGT).
1970 Демонстрация первого кремниевого акселерометра.
1979 Первое микромашинное сопло для струйной печати.
Начало 1980-х Первые эксперименты с микрообработкой кремния.
1982 Одноразовый датчик артериального давления.
1988 Первая конференция по МЭМС.
1992 Первый шарнир в микромашинах.
1993 Продан первый микромашинный измеритель скорости (Analog Devices, ADXL50).
2000 Компоненты оптической сети MEMS.

Датчики подушек безопасности были одними из первых коммерческих устройств, использующих МЭМС.В настоящее время они широко используются в виде одного чипа, содержащего интеллектуальный датчик или акселерометр, который измеряет быстрое торможение транспортного средства при столкновении с объектом. Замедление измеряется изменением напряжения. Затем электронный блок управления посылает сигнал на активацию и срабатывание подушки безопасности.

В технологии подушек безопасности изначально использовались обычные механические устройства типа «шар и трубка», которые были относительно сложными, весили несколько килограммов и стоили несколько сотен долларов.Обычно они устанавливались в передней части автомобиля с отдельной электроникой рядом с подушкой безопасности. МЭМС позволяет выполнять ту же функцию, объединяя акселерометр и электронику в одном кремниевом чипе, в результате чего получается небольшое устройство, которое помещается в рулевую колонку и стоит всего несколько долларов.

Акселерометр представляет собой емкостное или пьезорезистивное устройство, состоящее из подвешенной массы грунта - коромысла. Когда ускорение действует на испытуемую массу, пластины микромашины обнаруживают изменение ускорения из-за отклонения пластины.Датчик подушки безопасности имеет решающее значение для успеха технологии MEMS и микрообработки. Надежность этой технологии была подтверждена более чем 60 миллионами проданных единиц за последние 10 лет, работающих в тяжелых условиях эксплуатации автомобиля. Сегодняшние автомобили являются примером этого успеха — BMW имеет более 70 устройств MEMS, включая антиблокировочную систему торможения, активную систему управления подвеской и навигацией, мониторинг вибрации, топливные датчики, фиксацию и натяжение ремней безопасности и т. д.В результате автомобильная промышленность стала одним из основных драйверов развития МЭМС.

Акселерометры используются не только в автомобилях. Обнаружение землетрясений, виртуальные видеоигры и джойстики, кардиостимуляторы, высокопроизводительные жесткие диски и постановка на охрану — вот лишь некоторые из множества потенциальных применений акселерометров.

Другим примером чрезвычайно успешного применения МЭМС является миниатюрный одноразовый датчик давления, используемый для контроля артериального давления в больницах.Эти датчики внутривенно подключаются к пациентам, и кровяное давление контролируется с помощью внутривенного раствора. За небольшую часть своей стоимости (10 долларов США) они заменяют ранние внешние датчики артериального давления, которые стоили более 600 долларов и нуждались в стерилизации и повторной калибровке для повторного использования. Одноразовый датчик состоит из кремниевой подложки, которая вытравлена ​​для образования мембраны и приклеена к подложке. На поверхность диафрагмы вблизи края нанесен пьезорезистивный слой для преобразования механической нагрузки в электрическое напряжение.Давление соответствует отклонению диафрагмы. Измерительный элемент крепится на пластиковом или керамическом основании с пластиковым колпачком. Гель используется для отделения солевого раствора от сенсорного элемента. Как и в случае с датчиком подушки безопасности MEMS, одноразовый датчик артериального давления способствовал успеху MEMS.

Одним из наиболее успешных применений МЭМС является струйная печатающая головка. Струйные принтеры используют ряд сопел для распыления капель чернил непосредственно на бумагу.В зависимости от типа струйного принтера капли чернил образуются по-разному; термически или пьезоэлектрически. Изобретенная в 1979 году компанией Hewlett-Packard технология термоструйных печатающих головок MEMS использует тепловое расширение паров чернил. Внутри головки принтера находится ряд крошечных резисторов, называемых нагревателями. Эти резисторы могут нагреваться под управлением микропроцессора с помощью электронных импульсов длительностью в несколько миллисекунд.Чернила проходят через каждый резистор, который при сгорании нагревается за счет испарения чернил, создавая пузырь. По мере расширения пузыря часть чернил вытесняется из сопла пластины сопла, попадает на бумагу и почти мгновенно затвердевает. Когда пузырь схлопывается, создается вакуум, который втягивает в печатающую головку больше чернил из резервуара в картридже. Стоит отметить, что в этой системе нет движущихся частей (кроме самих чернил), что доказывает, что не все устройства МЭМС механические.

Пьезоэлектрический элемент также может использоваться для подачи чернил через сопла. В этом случае пьезоэлектрический кристалл расположен на задней части резервуара для чернил каждого сопла. Пьезоэлектрический кристаллический элемент получает очень небольшой электрический заряд, заставляющий его вибрировать. Когда он вибрирует внутрь, он выталкивает небольшое количество чернил из сопла. Когда элемент вибрирует, он втягивает чернила обратно в резервуар, чтобы заменить распыленные чернила. Epson запатентовала эту технологию, но она также используется большинством ведущих полиграфических компаний.

Опыт, накопленный в этих первых приложениях МЭМС, сделал эту технологию пригодной для новых биомедицинских приложений (часто называемых биоМЭМС) и беспроводной связи, состоящей как из оптических, также называемых микрооптоэлектромеханическими системами (МОЭМС), так и радиочастотных (РЧ) МЭМС. .

За последние несколько лет появились передовые продукты компании bioMEMS для революционных применений, которые решают основные социальные задачи, включая секвенирование ДНК, открытие лекарств, а также мониторинг воды и окружающей среды.Технология ориентирована на микрожидкостные системы, а также на химические испытания и обработку и позволяет производить устройства и приложения, такие как «лаборатория на кристалле», химические датчики, регуляторы потока и микроклапаны. Это позволяет быстро и относительно удобно обрабатывать и анализировать небольшие количества жидкостей.

Будущая технология «лаборатория на чипе» может включать имплантируемые устройства «аптеки на чипе» для доставки лекарств в организм из крошечных камер, встроенных в устройство MEMS, что устраняет необходимость в иглах или инъекциях.Доставка инсулина является одним из таких приложений, как и доставка гормонов, химиотерапевтических препаратов и болеутоляющих средств. Разрабатываются устройства первого поколения, которые высвобождают лекарства при срабатывании сигналов от внешнего источника, подключенного проводами к коже. Предлагаемые устройства второго поколения могут быть беспроводными, а системы MEMS третьего поколения могут взаимодействовать с датчиками MEMS, встроенными в тело, чтобы реагировать на внутренние сигналы тела.

К наиболее значимым продуктам MOEMS относятся волноводы, оптические переключатели, мультиплексоры, фильтры, модуляторы, детекторы, аттенюаторы и эквалайзеры. Небольшие размеры, низкая стоимость, низкое энергопотребление, механическая прочность, высокая точность, высокая скорость переключения и невысокая стоимость этих устройств на базе МЭМС делают их отличным решением задач, связанных с управлением и коммутацией оптических сигналов в сетях ИКТ. Типичный оптический переключатель может стоить более 1000 долларов, но с использованием MEMS тот же уровень функциональности может быть достигнут менее чем за доллар.

RF MEMS — одна из самых быстрорастущих областей коммерческой технологии MEMS. RF MEMS разработаны специально для электроники сотовых телефонов и других приложений беспроводной связи, таких как радары, спутниковые системы глобального позиционирования (GPS) и управляемые антенны. МЭМС позволила повысить производительность, надежность и функциональность этих устройств при одновременном уменьшении их размера и стоимости.

Дом

Новые технологии

© 2000-2022 ЭЖК.Все права защищены. Ежи Казойч.

.

Что такое датчики MEMS? - BestMedia.pl

Датчики, или, скорее, системы MEMS, представляют собой миниатюрные электромеханические устройства, которые позволяют интегрировать различные электронные и механические компоненты. МЭМС-датчики могут играть множество важных ролей в конкретных электрических системах. Прочтите и проверьте, какова конструкция датчиков MEMS и каково их применение.

Датчики

MEMS (микроэлектромеханические системы) представляют собой электромеханические микросистемы, которые используются во многих различных областях, например, в электроэнергетике.автомобильная электроника. Датчики MEMS также используются в медицине. На английском языке датчики MEMS также известны как Micromachines и Micro System Technologies.

Что такое датчики и устройства MEMS?

Системы MEMS

— это системы, сочетающие механические и электронные элементы. Что отличает МЭМС-системы от других стандартных механических и электронных элементов, так это их небольшой размер. Датчики MEMS имеют стандартные размеры порядка нескольких микрометров, хотя с каждым годом производители устройств этого типа создают датчики и системы MEMS все меньше и меньше.

Интересно, что при просмотре предложений MEMS вы также можете встретить структуры, называемые NEMS, то есть стандартные датчики и системы MEMS в нанометрическом масштабе (нано-электро-механические системы). При анализе предложений данного типа устройств также можно встретить системы MOEMS, BIO-MEMS и RF-MEMS. Системы MOEMS используются в основном в оптической связи.

Другой тип систем МЭМС, т.е. системы БИО-МЭМС, представляют собой системы, предназначенные для работы с органическими материалами.Системы RF-MEMS позволяют работать с радиоволнами. Благодаря системам MEMS, независимо от их типа, можно создавать гораздо более управляемые механические системы. Интеграция электронных и механических элементов в микрометровом масштабе гарантирует более быстрое движение, ускорение и остановку.

Особенности МЭМС

МЭМС-датчики

могут выполнять множество функций в электронных схемах. Наиболее распространенное использование датчиков MEMS в электронике — это их использование в качестве эффективных датчиков, приводов или устройств, которые поддерживают сигналы, полученные с помощью датчиков.Датчики MEMS также в просторечии называются преобразователями, которые позволяют преобразовывать сигнал или его энергию в другой тип энергии.

Читайте также: Что такое оптоэлектроника?

.

Четыре миллиарда датчиков MEMS от Bosch

Базовая технология для Интернета вещей и услуг
• Технологические тенденции: больше функциональности и более высокий интеллект
• Интернет вещей, следующий драйвер роста рынка после автомобилей и смартфонов
• Каждый второй смартфон в мире оснащен датчиками Bosch

Микромеханические датчики стали неотъемлемой частью автомобилей и смартфонов.Крошечные датчики становятся умнее, компактнее и энергоэффективнее. Благодаря датчикам MEMS можно интегрировать еще больше продуктов — в Интернет вещей можно интегрировать все продукты, включая те, которые до сих пор не были связаны с электроникой, например, двери или окна. Датчики гарантируют больший комфорт, безопасность и экономию энергии.

Bosch предлагает датчики для широкого спектра применений в автомобильной и бытовой электронике.МЭМС-датчики (Micro Electro Mechanical Systems — электромеханические микросистемы) измеряют, помимо прочего, давление, ускорение, вращение и магнитное поле Земли. В результате они играют роль органов чувств в автомобилях и смартфонах. Bosch производит датчики для автомобилей с 1995 года. Например, основным компонентом электронной программы стабилизации (ESP) является датчик скорости рыскания, который регистрирует вращение автомобиля вокруг своей вертикальной оси. В современный автомобиль можно установить до 50 МЭМС-датчиков.Благодаря датчику ускорения Bosch Sensortec смартфон или планшет определяет, когда его держат вертикально, и соответствующим образом регулирует отображение изображения. Крошечные МЭМС-микрофоны производства Akustica, принадлежащего Bosch, записывают шум и речь. Датчики Bosch есть уже в каждом втором смартфоне в мире.

Компания Bosch с самого начала участвовала в разработке технологии МЭМС и сегодня является ведущим поставщиком этой технологии на исключительно динамично развивающемся рынке, что подтверждают эксперты рынка IHS Technology и Yole Développement.С момента начала производства в 1995 году компания Bosch уже произвела более четырех миллиардов МЭМС-датчиков. В 2013 году около одного миллиарда датчиков сошло с лент современной фабрики процессоров в Ройтлингене, что означает, что фабрика производит три миллиона единиц в день. — Bosch — единственный поставщик, который самостоятельно производит разные типы датчиков для широкого спектра применений. В общей сложности Bosch является обладателем более 1000 патентов и патентных заявок в области технологии МЭМС. Это гарантирует наши инновации, — говорит Клаус Медер, президент отраслевого отдела Bosch Automotive Electronics.

Технологические тенденции: больше функциональности и более высокий интеллект Датчики MEMS
теперь могут измерять все больше и больше параметров. В начале 2014 года компания Bosch Sensortec представила на рынке мировую новинку в области датчиков: интегрированный датчик BME280, который сочетает в себе функции измерения давления, влажности и температуры в одном корпусе. Новый датчик был разработан для приложений в таких областях, как мониторинг окружающей среды, внутренняя навигация, умный дом, персонализированные метеостанции, спорт и фитнес.Датчик измеряет влажность воздуха всего за одну секунду — абсолютный рекорд в отрасли. Он также характеризуется очень высокой точностью измерения температуры окружающей среды и низким энергопотреблением.

Датчики Bosch также становятся умнее. В настоящее время мы начинаем производство первого датчика, который не только измеряет ускорение, вращение и магнитное поле, но и имеет микроконтроллер, анализирующий показатели.

Основная технология Интернета вещей и услуг
Внедрение МЭМС-датчиков в автомобильную электронику в 1980-х и 1990-х годах стало первым признаком их популяризации.Массовое использование сенсоров в смартфонах с начала 21 века положило начало второй волне популяризации. Интернет вещей и услуг можно назвать третьей волной: датчики, преобразователи сигналов, батареи и передатчики настолько компактны, энергоэффективны и недороги в производстве, что их можно использовать в миллиардах устройств. В то же время увеличилась доступность сети радиопередачи. Таким образом, датчики MEMS стали технологией, имеющей решающее значение для развития Интернета вещей и услуг.Поэтому датчики должны быть оснащены радиомикроразъемом, аккумулятором и программными функциями. Это связано с тем, что в Интернет должны отправляться не необработанные данные, а только важная информация, анализируемая интеллектуальной системой. Для локальной обработки данных требуются системные ноу-хау от Bosch. Уже в 2013 году компания Bosch внедрила в серийное производство дверной датчик, передающий информацию о подозрительном движении на смартфон владельца дома. В будущем окна смогут использовать незаметно расположенные датчики для управления отоплением или системой сигнализации в доме, а сенсорные браслеты сами уведомят службы экстренной помощи, когда обнаружат, что человек, который их носит, упал и, вероятно, нуждается в помощи.Датчики, подключенные к Интернету, будут располагаться не только в смартфонах, но и в других приспособленных для этого продуктах.

Интернет вещей и услуг предлагает большой потенциал для бизнеса
Интернет-продукты и услуги являются важной областью для будущего роста оборота. Обладая ноу-хау в области аппаратного обеспечения и обширной технологической компетенцией, компания Bosch имеет все возможности для этого. Чтобы расширить это направление бизнеса, в конце 2013 года компания Bosch основала компанию Bosch Connected Devices and Solutions GmbH.Он предлагает ноу-хау компактной электроники и программного обеспечения с целью предоставить вам интеллектуальные и сетевые устройства и объекты из самых разных областей применения. Компания специализируется на разработке датчиков и приводов, интегрированных с Интернетом. Приводы преобразуют электрические сигналы, полученные от датчиков или контроллеров, в определенные действия. Примеры включают включение и выключение освещения, открытие и закрытие клапана. Стратегия компании направлена ​​в первую очередь на сенсорные приложения, связанные с сегментами «Умный дом», а также с транспортом, логистикой и дорожным движением — в будущем критически важные товары будут автоматически сообщать о любых необычных изменениях состояния в логистический центр.

МЭМС-датчики – техническая информация
МЭМС-датчики состоят из очень тонких кремниевых структур, которые перемещаются на доли тысячных долей миллиметра при движении корпуса. Это смещение изменяет электрические свойства, которые можно измерить и преобразовать в поток данных. Датчики микроскопические: диаметр человеческого волоса составляет 70 тысячных долей миллиметра (70 микрометров), а размер некоторых компонентов составляет всего 4 микрометра, что в 17 раз меньше диаметра волоса.Поскольку микромеханические датчики генерируют очень слабые электрические сигналы, конструкторы, помимо датчика, встроили в корпус или частично прямо на тот же чип электронную схему, которая обрабатывает сигнал, усиливает его и преобразует в цифровые данные. Таким образом, датчики MEMS могут передавать данные измерений непосредственно на контроллеры.

Информационный бюллетень

Зарегистрируйтесь с формой

.

МЭМС-акселерометрические датчики — удачный союз электроники и точной механики

Если проследить историю технологий за последние несколько десятилетий, то можно увидеть, что очень часто инженеры работали (и продолжают работать) над решениями, направленными на повысить надежность различных машин и устройств. Примером может служить замена механического прерывателя зажигания бесконтактным транзисторным ключом в автомобильной промышленности. Однако это не означает, что наличие движущихся механических элементов означает только эксплуатационные проблемы.Доказательством этого тезиса являются акселерометрические датчики, выполненные по технологии MEMS, которая сочетает в себе лучшие достижения механики и электроники в микроскопическом исполнении!

Что измеряет акселерометр MEMS?

Акселерометр , наряду с гироскопом и магнитометром, является одним из основных примеров датчиков, которые в настоящее время разрабатываются по технологии MEMS (микроэлектромеханический датчик). Задачей акселерометра является измерение линейного ускорения в трех измерениях пространственной системы координат (X, Y, Z) или по одной оси для измерения ускорения в любом направлении движения объекта (например,вождение транспортного средства). На основе полученных измерений ускорения, скорости и времени мы можем рассчитать перемещение объекта. Хотя ускорение Земли постоянно при измерении по одной оси, измерение ускорения по трем осям системы координат в зависимости от угла наклона прибора может показывать ненулевые значения составляющих гравитационного ускорения для две другие оси системы координат.

Акселерометр МЭМС - конструкция и принцип работы

Принцип работы акселерометра, выполненного по технологии МЭМС, заключается в измерении ускорения в зависимости от изменения электрической емкости в его микроструктуре.Измерительная система МЭМС-акселерометра состоит из подвижного и неподвижного органов. Движение подвижного органа по отношению к неподвижному происходит за счет приведения его массы в колебательное движение. Принцип работы микроструктуры МЭМС-акселерометра аналогичен конденсатору с переменной емкостью, значение которой изменяется в зависимости от положения подвижного органа по отношению к неподвижному корпусу датчика — элементов, составляющих электромеханическую структуру акселерометра. акселерометры по сути являются обкладками конденсатора - при уменьшении расстояния между отдельными сегментами - электрическая емкость увеличивается, а при увеличении этих расстояний - электрическая емкость уменьшается.В результате на выходе акселерометра мы получаем изменения электрического напряжения, пропорциональные ускорению, измеренному акселерометром. Напряжение на выходе акселерометра изменяется непрерывно — это аналоговый сигнал, который можно подать на вход АЦП в микроконтроллере. В зависимости от специфики целевого приложения обратите внимание на максимальный диапазон измерения акселерометра - для измерения ускорения свободного падения достаточно акселерометра с диапазоном удвоенного этого ускорения, но если мы хотим установить акселерометр в миниатюре космическая ракета - здесь точно пригодится восьмикратно больший диапазон измерения.Точность измерения также определяется разрядностью преобразователя АЦП и рабочей частотой системы дискретизации-памяти. Следует также иметь в виду, что диапазон напряжения питания акселерометра должен быть совместим с напряжением питания микроконтроллера, взаимодействующего с акселерометром.

.

Четыре миллиарда датчиков MEMS от Bosch - ДАТЧИКИ - ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ДОМ - BOSCH - MEMS - МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ - СМАРТФОНЫ - АВТОМОБИЛЬ - ИНТЕРНЕТ ВЕЩЕЙ

Микромеханические датчики стали неотъемлемой частью автомобилей и смартфонов. Крошечные датчики становятся умнее, компактнее и энергоэффективнее. Благодаря датчикам MEMS можно интегрировать еще больше продуктов — в Интернет вещей можно интегрировать все продукты — в том числе те, которые до сих пор не были связаны с электроникой, например.двери или окна. Датчики гарантируют больший комфорт, безопасность и экономию энергии.

Bosch предлагает датчики для широкого спектра применений в автомобильной и бытовой электронике. МЭМС-датчики (Micro Electro Mechanical Systems — электромеханические микросистемы) измеряют, помимо прочего, давление, ускорение, вращение и магнитное поле Земли. В результате они играют роль органов чувств в автомобилях и смартфонах. Bosch производит датчики для автомобилей с 1995 года.Например, основным компонентом электронной программы стабилизации (ESP) является датчик скорости рыскания, который регистрирует вращение автомобиля вокруг своей вертикальной оси. В современный автомобиль можно установить до 50 МЭМС-датчиков. Благодаря датчику ускорения Bosch Sensortec смартфон или планшет определяет, когда его держат вертикально, и соответствующим образом регулирует отображение изображения. Крошечные МЭМС-микрофоны производства Akustica, принадлежащего Bosch, записывают шум и речь.Датчики Bosch есть уже в каждом втором смартфоне в мире.

Компания Bosch с самого начала участвовала в разработке технологии МЭМС и сегодня является ведущим поставщиком этой технологии на чрезвычайно динамично развивающемся рынке, что подтверждают эксперты рынка IHS Technology и Yole Développement. С момента начала производства в 1995 году компания Bosch уже произвела более четырех миллиардов МЭМС-датчиков. В 2013 году около одного миллиарда датчиков сошло с лент современной фабрики процессоров в Ройтлингене, что означает, что фабрика производит три миллиона единиц в день.

Крошечные датчики становятся умнее, компактнее и энергоэффективнее. Благодаря датчикам MEMS можно интегрировать еще больше продуктов — в Интернет вещей можно интегрировать все продукты, включая те, которые до сих пор не были связаны с электроникой, например, двери или окна. Датчики гарантируют больший комфорт, безопасность и энергосбережение, фото Bosch

— Bosch — единственный поставщик, который самостоятельно производит различные типы датчиков для многих применений.Всего Bosch является обладателем более 1000 патентов и патентных заявок в области технологии MEMS. Это гарантирует наши инновации, — говорит Клаус Медер, президент отраслевого отдела Bosch Automotive Electronics.

МЭМС-датчики теперь могут измерять все больше и больше параметров. В начале 2014 года компания Bosch Sensortec представила на рынке мировую новинку в области датчиков: интегрированный датчик BME280, который сочетает в себе функции измерения давления, влажности и температуры в одном корпусе.Новый датчик был разработан для приложений в таких областях, как мониторинг окружающей среды, внутренняя навигация, умный дом, персонализированные метеостанции, спорт и фитнес. Датчик измеряет влажность воздуха всего за одну секунду — абсолютный рекорд в отрасли. Он также характеризуется очень высокой точностью измерения температуры окружающей среды и низким энергопотреблением.

Датчики Bosch также становятся умнее.В настоящее время мы начинаем производство первого датчика, который не только измеряет ускорение, вращение и магнитное поле, но и имеет микроконтроллер, анализирующий показатели.

Технология, необходимая для Интернета вещей и услуг

Внедрение МЭМС-датчиков в автомобильную электронику в 1980-х и 1990-х годах стало первым признаком их популяризации. Массовое использование сенсоров в смартфонах с начала 21 века положило начало второй волне популяризации.Интернет вещей и услуг можно назвать третьей волной: датчики, преобразователи сигналов, батареи и передатчики настолько компактны, энергоэффективны и недороги в производстве, что их можно использовать в миллиардах устройств. В то же время увеличилась доступность сети радиопередачи. Таким образом, датчики MEMS стали технологией, имеющей решающее значение для развития Интернета вещей и услуг. Поэтому датчики должны быть оснащены радиомикроразъемом, аккумулятором и программными функциями. Это связано с тем, что в Интернет должны отправляться не необработанные данные, а только важная информация, анализируемая интеллектуальной системой.Для локальной обработки данных требуются системные ноу-хау от Bosch. Уже в 2013 году компания Bosch внедрила в серийное производство дверной датчик, передающий информацию о подозрительном движении на смартфон владельца дома. В будущем окна смогут использовать незаметно расположенные датчики для управления отоплением или системой сигнализации в доме, а сенсорные браслеты сами уведомят службы экстренной помощи, когда обнаружат, что человек, который их носит, упал и, вероятно, нуждается в помощи.Датчики, подключенные к Интернету, будут располагаться не только в смартфонах, но и в других приспособленных для этого продуктах.

Интернет вещей и услуг предлагает высокий бизнес-потенциал

Интернет-продукты и услуги являются важной областью будущего роста оборота. Обладая ноу-хау в области аппаратного обеспечения и обширной технологической компетенцией, компания Bosch имеет все возможности для этого. Чтобы расширить это направление бизнеса, в конце 2013 года компания Bosch основала компанию Bosch Connected Devices and Solutions GmbH.Он предлагает ноу-хау компактной электроники и программного обеспечения с целью предоставить вам интеллектуальные и сетевые устройства и объекты из самых разных областей применения. Компания специализируется на разработке датчиков и приводов, интегрированных с Интернетом. Приводы преобразуют электрические сигналы, полученные от датчиков или контроллеров, в определенные действия. Примеры включают включение и выключение освещения, открытие и закрытие клапана. Стратегия компании направлена ​​в первую очередь на сенсорные приложения, связанные с сегментами «Умный дом», а также с транспортом, логистикой и дорожным движением — в будущем критически важные товары будут автоматически сообщать о любых необычных изменениях состояния в логистический центр.

Датчики MEMS изготовлены из очень тонких кремниевых структур, которые смещаются на доли тысячных миллиметра при перемещении корпуса. Это смещение изменяет электрические свойства, которые можно измерить и преобразовать в поток данных. Датчики микроскопические: диаметр человеческого волоса составляет 70 тысячных долей миллиметра (70 микрометров), а размер некоторых компонентов составляет всего 4 микрометра, что в 17 раз меньше диаметра волоса.Поскольку микромеханические датчики генерируют очень слабые электрические сигналы, конструкторы, помимо датчика, встроили в корпус или частично прямо на тот же чип электронную схему, которая обрабатывает сигнал, усиливает его и преобразует в цифровые данные. Таким образом, датчики MEMS могут передавать данные измерений непосредственно на контроллеры.

.

---

Смотрите также

• 
  Как работает сигнализация пандора
• 
  Покрасить литые диски своими руками
• 
  Полировка мелких царапин
• 
  Мобильный шиномонтаж в питере
• 
  Как наносить воск на самомойке
• 
  Выдача дубликата регистрационного документа что это значит у машины
• 
  Для чего нужна генеральная доверенность на автомобиль
• 
  Как управлять коробкой автомат на автомобиле
• 
  Какую еду взять в дорогу
• 
  Как закрасить ржавчину на автомобиле
• 
  Что такое епс