隨著科技的發展，平板電腦、智能電話、視頻遊戲機、攝錄機和相機已經徹底改變了傳感器世界，其中包括MEMS加速度計和陀螺儀。它們能夠測量運動，導致很多使用這些傳感器的設備得以改善性能並增加功能。

 

suiranxiaofeidianziyingyongjifaleduizhexiechuanganqidexuqiu，danqizaiqitashichangdeyingyongyezaizengjia。suizheshuzihuahuowulianwangdechuxian，chuanganqizhengchengweigongyejichusheshiyingyongdehexin。zaizhezhongqingkuangxia，yingyongyilaiMEMS進行狀態監控和結構健康監測。與這些新應用相伴而來的是關於性能和可靠性的非常具體的標準。

 

 

利用數字化創建智能基礎設施可帶來諸多好處，其中包括更高的容量、xiaolvhekekaoxing。zhinengjichusheshikeweikehuheyonghutigonggengduoqiegengyouzhenduixingdefuwu，erwuxuzengjiatouzihuoziyuan。ciwai，hulianjichusheshikeyishoujishuju，yibangzhugengyouxiaodishejiheshixianweilaijichusheshi。jiangzhinengyinrujichusheshihaikeyiyouxiaojiejueweihudezhuyaotiaozhan。MEMS傳感器在結構健康監測中起著決定性作用。它們可用於測量傾斜度變化

、振動分析以及線性或圓周運動——即使在極端條件下也能測量。通過此類傳感器可以執行預測性維護
，更好地利用可用資源並幫助避免服務故障和中斷。ADI公司擁有深厚的專業知識
，並已投入巨資開發可支持智能基礎設施應用的MEMS技術。

 

ADXL35x MEMS加速度計係列

 

ADI公司最近推出了一係列新型低噪聲、低功耗、3軸加速度計：提供模擬輸出的ADXL354
；提供數字輸出和±2 g
、±4 g、±8 g可編程範圍的ADXL355；提供模擬輸出的ADXL356；提供數字輸出和±10 g、±20 g、±40 g可編程範圍的ADXL357。

 

圖1. ADI公司新推出的ADXL356和ADXL357 MEMS加速度計
 

這些器件可用於IMU（慣性測量單元）、平台穩定係統、傾角計和預測性維護係統。這些中高檔傳感器專為一些要求極為苛刻的傳感器應用而設計，例如地震分析
、工業和基礎設施預測性維護係統。

 

 

對於狀態監控和結構健康監測，測量範圍是一個重要參數。例如，在加速度峰值為幾個g的應用中，2 g範fan圍wei的de傳chuan感gan器qi就jiu足zu夠gou了le。但dan是shi
，這zhe些xie器qi件jian常chang常chang工gong作zuo在zai受shou到dao強qiang烈lie振zhen動dong和he衝chong擊ji的de環huan境jing中zhong，這zhe會hui導dao致zhi傳chuan感gan器qi飽bao和he。一yi旦dan飽bao和he，就jiu不bu可ke能neng測ce量liang出chu正zheng確que的de加jia速su度du。結jie果guo是shi數shu據ju丟diu失shi，直zhi到dao器qi件jian恢hui複fu正zheng常chang工gong作zuo為wei止zhi。這zhe種zhong情qing況kuang下xia，可ke以yi使shi用yong40 g傳感器。達到飽和的可能性較小，即使存在很高的機械噪聲，也可以通過適當的信號處理提取所需的信息。

 

許多基礎設施應用中的傳感器可能在遠程或很難接近，因此無線傳感器網絡是最佳解決方案。這使得低功耗成為另一個關鍵考慮因素。ADXL35x器件在待機模式下的功耗僅為21μA
；在測量模式下
，模擬輸出器件的功耗為150μA，數字輸出器件的功耗為200μA。當主機微控製器處於休眠模式時，ADXL355/ADXL357中的FIFO存(cun)儲(chu)器(qi)存(cun)儲(chu)數(shu)據(ju)。當(dang)存(cun)儲(chu)器(qi)滿(man)時(shi)，中(zhong)斷(duan)將(jiang)喚(huan)醒(xing)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)傳(chuan)輸(shu)數(shu)據(ju)並(bing)執(zhi)行(xing)要(yao)求(qiu)的(de)操(cao)作(zuo)。微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)一(yi)旦(dan)完(wan)成(cheng)傳(chuan)輸(shu)，便(bian)返(fan)回(hui)低(di)功(gong)耗(hao)休(xiu)眠(mian)模(mo)式(shi)，確(que)保(bao)係(xi)統(tong)功(gong)耗(hao)非(fei)常(chang)低(di)。通(tong)常(chang)
，低(di)功(gong)耗(hao)是(shi)以(yi)犧(xi)牲(sheng)其(qi)他(ta)性(xing)能(neng)為(wei)代(dai)價(jia)的(de)，例(li)如(ru)速(su)度(du)和(he)噪(zao)聲(sheng)。

 

在ADXL35x加速度計中
，低g器件的噪聲譜密度為20μg/√Hz，高g器件的噪聲譜密度為80μg/√Hz。另外
，內部架構有助於優化加速度計的靈敏度。圖2顯(xian)示(shi)了(le)這(zhe)些(xie)模(mo)擬(ni)數(shu)字(zi)器(qi)件(jian)的(de)框(kuang)圖(tu)。來(lai)自(zi)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)信(xin)號(hao)進(jin)入(ru)濾(lv)波(bo)模(mo)塊(kuai)，然(ran)後(hou)由(you)後(hou)續(xu)電(dian)路(lu)予(yu)以(yi)處(chu)理(li)。濾(lv)波(bo)之(zhi)後(hou)輸(shu)出(chu)之(zhi)前(qian)，還(hai)有(you)一(yi)個(ge)緩(huan)衝(chong)器(qi)和(he)一(yi)個(ge)32 kΩ電dian阻zu，在zai此ci可ke進jin行xing進jin一yi步bu的de模mo擬ni濾lv波bo。數shu字zi器qi件jian有you一yi個ge額e外wai的de可ke編bian程cheng數shu字zi濾lv波bo器qi。低di通tong濾lv波bo器qi的de截jie止zhi頻pin率lv根gen據ju輸shu出chu數shu據ju速su率lv進jin行xing調tiao整zheng，還hai可ke以yi插cha入ru高gao通tong濾lv波bo器qi以yi實shi現xian帶dai通tong功gong能neng。對dui於yu狀zhuang態tai監jian控kong

，振zhen動dong頻pin譜pu分fen析xi是shi主zhu要yao工gong具ju，因yin此ci高gao帶dai寬kuan對dui捕bu獲huo更geng多duo數shu量liang的de諧xie波bo非fei常chang重zhong要yao。傳chuan感gan器qi的de機ji械xie諧xie振zhen頻pin率lv約yue為wei5.5 kHz
，但頻率響應主要由截止頻率為1.5 kHz的抗混疊濾波器決定。最後，為了提供所需的分辨率，使用20位∑-∆轉換器來執行模數轉換。由於有這些特性，這些加速度計也可以用於記錄地震事件。

 

如果要監測建築物
、橋梁、軌道
、高壓塔或基礎設施的任何其他元件的結構健康狀況，穩定性非常重要。這裏要測量的是結構的漂移，不應將其與測量器件的漂移混淆。

 

傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)長(chang)期(qi)穩(wen)定(ding)性(xing)與(yu)機(ji)械(xie)應(ying)力(li)有(you)關(guan)。在(zai)焊(han)接(jie)階(jie)段(duan)遭(zao)受(shou)的(de)任(ren)何(he)機(ji)械(xie)應(ying)力(li)都(dou)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)電(dian)氣(qi)失(shi)調(tiao)。應(ying)力(li)可(ke)能(neng)會(hui)隨(sui)時(shi)間(jian)而(er)變(bian)化(hua)，造(zao)成(cheng)失(shi)調(tiao)漂(piao)移(yi)。這(zhe)可(ke)能(neng)被(bei)誤(wu)解(jie)為(wei)傾(qing)斜(xie)度(du)或(huo)其(qi)他(ta)結(jie)構(gou)參(can)數(shu)的(de)變(bian)化(hua)。為(wei)了(le)避(bi)免(mian)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)
，需(xu)要(yao)特(te)別(bie)注(zhu)意(yi)芯(xin)片(pian)貼(tie)裝(zhuang)操(cao)作(zuo)。

 

封裝選擇也很重要。這些加速度計采用魯棒的14引腳LCCtaocifengzhuang
，duijixieyinglidefanghunengliyuanyuanyouyuxiaofeidianziyingyongguangfanshiyongdesuliaofengzhuang。taocifengzhuanghainengbaozhenggaodumifengxing
，fangzhishuifenhekelijinru，congeryouzhuyutigaochangqiwendingxing。

 

在正常工作期間，器件可能會受到各種環境條件的影響，特別是溫度和濕度可能影響其性能。對於濕度，傳感器的密封封裝（14引腳LCC就是如此）可確保器件即使在最惡劣的條件下也能穩定運行。工作溫度範圍為–40°C至+125°C，這意味著哪怕在極端溫度下
，器件也能很好地工作。此外應特別注意使失調漂移最小化
，這是最關鍵的參數。在所有三個軸上，低g加速度計ADXL354/ADXL355的最大漂移為±0.15 mg/°C，高g加速度計ADXL356/ADXL357的最大漂移為±0.75 mg/°C。另外，這些加速度計配備有集成溫度傳感器，可用於漂移的熱補償。

 

圖2. ADXL356和ADXL357功能框圖
 

表1. 新係列MEMS加速度計的主要特性

 

 

 

如今對MEMS傳感器的需求已擴大到消電子應用之外。工業和基礎設施市場正在創造新的機遇。在這些領域，可靠性和性能是關鍵因素。ADI公司的研究一直專注於開發可在極端環境條件下實現高性能和可靠運行的解決方案。ADXL354、ADXL355
、ADXL356和ADXL357是新係列高g加速度計——ADXL1001 (±100 g)

、ADXL1002 (±50 g)、ADXL1004 (±500 g)超低噪聲和24 kHz超高帶寬產品的補充。


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