使用 MEMS 传感器感知工业自动化世界

1945988 2022-11-25 | pdf | 402.55KB | 次下载 | 免费

资料介绍

工业 4.0 和工业物联网 (IIoT) 等举措共同帮助制造组织提高其生产流程的效率。基于云的分析应用程序负责整理和提供运行生产或制造操作的许多不同方面的上下文。这些应用程序从部署在工厂车间和每台制造设备中的传感器收集基本数据。传感器用于测量实时世界，并且在大多数情况下，将模拟测量值转换为数字信号。环境参数包括温度、湿度和气压，但还有许多其他特性，例如气体流量、液压流体压力和距离。其他类型的传感器需要精确测量运动和相对位置。这些可以包括用于机器人和自动化的惯性导航、工业设备的状态监测以及冲击检测和记录。微机电系统 (MEMS) 因其紧凑的尺寸、低功耗特性和极其精确的测量能力而越来越多地用于这些任务。本文将解释基于 MEMS 的加速度计和陀螺仪设备的工作原理，并展示一些专为工业自动化应用而设计的示例。微机电系统 (MEMS) 因其紧凑的尺寸、低功耗特性和极其精确的测量能力而越来越多地用于这些任务。本文将解释基于 MEMS 的加速度计和陀螺仪设备的工作原理，并展示一些专为工业自动化应用而设计的示例。微机电系统 (MEMS) 因其紧凑的尺寸、低功耗特性和极其精确的测量能力而越来越多地用于这些任务。本文将解释基于 MEMS 的加速度计和陀螺仪设备的工作原理，并展示一些专为工业自动化应用而设计的示例。工业 4.0 和工业物联网 (IIoT) 等举措共同帮助制造组织提高其生产流程的效率。基于云的分析应用程序负责整理和提供运行生产或制造操作的许多不同方面的上下文。这些应用程序从部署在工厂车间和每台制造设备中的传感器收集基本数据。传感器用于测量实时世界，并且在大多数情况下，将模拟测量值转换为数字信号。环境参数包括温度、湿度和气压，但还有许多其他特性，例如气体流量、液压流体压力和距离。其他类型的传感器需要精确测量运动和相对位置。这些可以包括用于机器人和自动化的惯性导航、工业设备的状态监测以及冲击检测和记录。微机电系统 (MEMS) 因其紧凑的尺寸、低功耗特性和极其精确的测量能力而越来越多地用于这些任务。本文将解释基于 MEMS 的加速度计和陀螺仪设备的工作原理，并展示一些专为工业自动化应用而设计的示例。微机电系统 (MEMS) 因其紧凑的尺寸、低功耗特性和极其精确的测量能力而越来越多地用于这些任务。本文将解释基于 MEMS 的加速度计和陀螺仪设备的工作原理，并展示一些专为工业自动化应用而设计的示例。微机电系统 (MEMS) 因其紧凑的尺寸、低功耗特性和极其精确的测量能力而越来越多地用于这些任务。本文将解释基于 MEMS 的加速度计和陀螺仪设备的工作原理，并展示一些专为工业自动化应用而设计的示例。MEMS 设备是在硅中构造的，因此有许多非常小的移动结构。通常，这可能是一个结构或质量（检验质量），根据测量对象横向或垂直移动。这种移动或位移可能是加速力（例如相对位置的变化）的结果。这些微观运动的测量通常是通过微机械元件之间的电容变化来检测的。重力本身会产生 1 g 的恒定加速力，这是加速度计可以测量的，倾斜度与加速度计相对于重力场所成角度的正弦成正比。高精度模拟前端测量质量块和固定结构之间的电容，然后使用模数转换器 (ADC) 将信号带入数字域。然后使用微控制器来处理接收到的数据以及许多基于软件的过滤器，这些过滤器可以拒绝与有效运动无关的信号。单个基于质量块的 MEMS 传感器只能检测一个方向的加速力，因此对于实际的 3D 用途，需要三个单独的 MEMS 结构（图 1）。MEMS 设备是在硅中构造的，因此有许多非常小的移动结构。通常，这可能是一个结构或质量（检验质量），根据测量对象横向或垂直移动。这种移动或位移可能是加速力（例如相对位置的变化）的结果。这些微观运动的测量通常是通过微机械元件之间的电容变化来检测的。重力本身会产生 1 g 的恒定加速力，这是加速度计可以测量的，倾斜度与加速度计相对于重力场所成角度的正弦成正比。高精度模拟前端测量质量块和固定结构之间的电容，然后使用模数转换器 (ADC) 将信号带入数字域。然后使用微控制器来处理接收到的数据以及许多基于软件的过滤器，这些过滤器可以拒绝与有效运动无关的信号。单个基于质量块的 MEMS 传感器只能检测一个方向的加速力，因此对于实际的 3D 用途，需要三个单独的 MEMS 结构（图 1）。图 1：检测 3D 加速度。图 1：检测 3D 加速度。在检测角速率变化时，陀螺仪 MEMS 传感器使用微机械振动元件而不是旋转机制。这个振动元件保持在一个固定的平面内，通过电容的变化来检测滚动、俯仰和偏航角速率的变化（图 2）。作为测量过程的一部分，可以针对检测到的任何加速度或振动补偿角速率。在检测角速率变化时，陀螺仪 MEMS 传感器使用微机械振动元件而不是旋转机制。这个振动元件保持在一个固定的平面内，通过电容的变化来检测滚动、俯仰和偏航角速率的变化（图 2）。作为测量过程的一部分，可以针对检测到的任何加速度或振动补偿角速率。