使用 MEMS 傳感器感知工業自動化世界

1945988 2022-11-25 | pdf | 402.55KB | 次下載 | 免費

資料介紹

工業 4.0 和工業物聯網 (IIoT) 等舉措共同幫助制造組織提高其生產流程的效率。基于云的分析應用程序負責整理和提供運行生產或制造操作的許多不同方面的上下文。這些應用程序從部署在工廠車間和每臺制造設備中的傳感器收集基本數據。傳感器用于測量實時世界，并且在大多數情況下，將模擬測量值轉換為數字信號。環境參數包括溫度、濕度和氣壓，但還有許多其他特性，例如氣體流量、液壓流體壓力和距離。其他類型的傳感器需要精確測量運動和相對位置。這些可以包括用于機器人和自動化的慣性導航、工業設備的狀態監測以及沖擊檢測和記錄。微機電系統 (MEMS) 因其緊湊的尺寸、低功耗特性和極其精確的測量能力而越來越多地用于這些任務。本文將解釋基于 MEMS 的加速度計和陀螺儀設備的工作原理，并展示一些專為工業自動化應用而設計的示例。微機電系統 (MEMS) 因其緊湊的尺寸、低功耗特性和極其精確的測量能力而越來越多地用于這些任務。本文將解釋基于 MEMS 的加速度計和陀螺儀設備的工作原理，并展示一些專為工業自動化應用而設計的示例。微機電系統 (MEMS) 因其緊湊的尺寸、低功耗特性和極其精確的測量能力而越來越多地用于這些任務。本文將解釋基于 MEMS 的加速度計和陀螺儀設備的工作原理，并展示一些專為工業自動化應用而設計的示例。工業 4.0 和工業物聯網 (IIoT) 等舉措共同幫助制造組織提高其生產流程的效率。基于云的分析應用程序負責整理和提供運行生產或制造操作的許多不同方面的上下文。這些應用程序從部署在工廠車間和每臺制造設備中的傳感器收集基本數據。傳感器用于測量實時世界，并且在大多數情況下，將模擬測量值轉換為數字信號。環境參數包括溫度、濕度和氣壓，但還有許多其他特性，例如氣體流量、液壓流體壓力和距離。其他類型的傳感器需要精確測量運動和相對位置。這些可以包括用于機器人和自動化的慣性導航、工業設備的狀態監測以及沖擊檢測和記錄。微機電系統 (MEMS) 因其緊湊的尺寸、低功耗特性和極其精確的測量能力而越來越多地用于這些任務。本文將解釋基于 MEMS 的加速度計和陀螺儀設備的工作原理，并展示一些專為工業自動化應用而設計的示例。微機電系統 (MEMS) 因其緊湊的尺寸、低功耗特性和極其精確的測量能力而越來越多地用于這些任務。本文將解釋基于 MEMS 的加速度計和陀螺儀設備的工作原理，并展示一些專為工業自動化應用而設計的示例。微機電系統 (MEMS) 因其緊湊的尺寸、低功耗特性和極其精確的測量能力而越來越多地用于這些任務。本文將解釋基于 MEMS 的加速度計和陀螺儀設備的工作原理，并展示一些專為工業自動化應用而設計的示例。MEMS 設備是在硅中構造的，因此有許多非常小的移動結構。通常，這可能是一個結構或質量（檢驗質量），根據測量對象橫向或垂直移動。這種移動或位移可能是加速力（例如相對位置的變化）的結果。這些微觀運動的測量通常是通過微機械元件之間的電容變化來檢測的。重力本身會產生 1 g 的恒定加速力，這是加速度計可以測量的，傾斜度與加速度計相對于重力場所成角度的正弦成正比。高精度模擬前端測量質量塊和固定結構之間的電容，然后使用模數轉換器 (ADC) 將信號帶入數字域。然后使用微控制器來處理接收到的數據以及許多基于軟件的過濾器，這些過濾器可以拒絕與有效運動無關的信號。單個基于質量塊的 MEMS 傳感器只能檢測一個方向的加速力，因此對于實際的 3D 用途，需要三個單獨的 MEMS 結構（圖 1）。MEMS 設備是在硅中構造的，因此有許多非常小的移動結構。通常，這可能是一個結構或質量（檢驗質量），根據測量對象橫向或垂直移動。這種移動或位移可能是加速力（例如相對位置的變化）的結果。這些微觀運動的測量通常是通過微機械元件之間的電容變化來檢測的。重力本身會產生 1 g 的恒定加速力，這是加速度計可以測量的，傾斜度與加速度計相對于重力場所成角度的正弦成正比。高精度模擬前端測量質量塊和固定結構之間的電容，然后使用模數轉換器 (ADC) 將信號帶入數字域。然后使用微控制器來處理接收到的數據以及許多基于軟件的過濾器，這些過濾器可以拒絕與有效運動無關的信號。單個基于質量塊的 MEMS 傳感器只能檢測一個方向的加速力，因此對于實際的 3D 用途，需要三個單獨的 MEMS 結構（圖 1）。圖 1：檢測 3D 加速度。圖 1：檢測 3D 加速度。在檢測角速率變化時，陀螺儀 MEMS 傳感器使用微機械振動元件而不是旋轉機制。這個振動元件保持在一個固定的平面內，通過電容的變化來檢測滾動、俯仰和偏航角速率的變化（圖 2）。作為測量過程的一部分，可以針對檢測到的任何加速度或振動補償角速率。在檢測角速率變化時，陀螺儀 MEMS 傳感器使用微機械振動元件而不是旋轉機制。這個振動元件保持在一個固定的平面內，通過電容的變化來檢測滾動、俯仰和偏航角速率的變化（圖 2）。作為測量過程的一部分，可以針對檢測到的任何加速度或振動補償角速率。