स्थिति की निगरानी के लिए आपको एमईएमएस एक्सेलेरोमीटर के बारे में क्या जानना चाहिए?

कई अत्यधिक एकीकृत और स्थिति निगरानी उत्पादों को तैनात करना आसान है जो एक माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (एमईएमएस) एक्सेलेरोमीटर को कोर सेंसर के रूप में नियोजित करते हैं जो बाजार में दिखाई दे रहे हैं। ये किफायती उत्पाद परिनियोजन और स्वामित्व की समग्र लागत को कम करने में मदद करते हैं और इस प्रक्रिया में, सुविधाओं और उपकरणों के ब्रह्मांड का विस्तार करते हैं जो एक स्थिति निगरानी कार्यक्रम से लाभान्वित हो सकते हैं। सॉलिड-स्टेट एमईएमएस एक्सेलेरोमीटर में लीगेसी मैकेनिकल सेंसर की तुलना में कई आकर्षक गुण होते हैं, लेकिन दुर्भाग्य से कंडीशन मॉनिटरिंग के लिए उनका उपयोग उन अनुप्रयोगों तक सीमित कर दिया गया है जो कम लागत, मानक-आधारित स्मार्ट सेंसर जैसे उत्पादों के लिए कम बैंडविड्थ सेंसर के उपयोग को सहन कर सकते हैं। सामान्य तौर पर, शोर का प्रदर्शन नैदानिक ​​अनुप्रयोगों की सेवा के लिए पर्याप्त कम नहीं होता है जिसके लिए उच्च आवृत्ति रेंज पर कम शोर और 10 किलोहर्ट्ज़ से अधिक बैंडविड्थ की आवश्यकता होती है। कम शोर वाले एमईएमएस एक्सेलेरोमीटर आज 10 माइक्रोग्राम/√हर्ट्ज से लेकर 100 माइक्रोग्राम/हर्ट्ज तक कहीं भी शोर घनत्व के स्तर के साथ उपलब्ध हैं, लेकिन बैंडविड्थ के कुछ किलोहर्ट्ज़ तक ही सीमित हैं। इसने उत्पाद डिजाइनरों की स्थिति की निगरानी को शोर प्रदर्शन के साथ एमईएमएस का उपयोग करने से नहीं रोका है जो कि उनकी नई उत्पाद अवधारणाओं में और अच्छे कारण के लिए पर्याप्त है। सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्स और बिल्ट-इन सेमीकंडक्टर फैब्रिकेशन सुविधाओं पर आधारित तकनीक के रूप में, एक एमईएमएस कंडीशन मॉनिटरिंग उत्पादों के डिजाइनर को कई सम्मोहक और मूल्यवान लाभ प्रदान करता है। प्रदर्शन कारक को अलग रखते हुए, यहां मुख्य कारण हैं कि एमईएमएस एक्सेलेरोमीटर स्थिति निगरानी के क्षेत्र में किसी के लिए भी रुचि का होना चाहिए।       चित्रा 1। एक जड़त्वीय एमईएमएस एक्सेलेरोमीटर की एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (एसईएम) छवि। पॉलीसिलिकॉन उंगलियों को गति को सक्षम करने के लिए एक अवसादग्रस्त गुहा में निलंबित कर दिया जाता है और त्वरण के आनुपातिक विद्युत समाई को आसन्न सिग्नल कंडीशनिंग इलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा मापा जाता है। आइए आकार और वजन से शुरू करें। हवाई अनुप्रयोगों के लिए, जैसे कि स्वास्थ्य और उपयोग निगरानी प्रणाली (एचयूएमएस) में, वजन बहुत महंगा है, ईंधन की लागत हजारों डॉलर प्रति पाउंड है। आम तौर पर एक प्लेटफॉर्म पर कई सेंसर लगाए जाते हैं, अगर प्रत्येक सेंसर का वजन कम किया जा सकता है तो वजन बचत का आनंद लिया जा सकता है। आज, 6 मिमी × 6 मिमी से कम पदचिह्न वाले सतह-माउंट पैकेज में एक उच्च प्रदर्शन त्रिअक्षीय एमईएमएस डिवाइस का वजन एक ग्राम से कम हो सकता है। यह छोटा आकार और कई एमईएमएस उत्पादों की अत्यधिक एकीकृत प्रकृति भी डिजाइनर को अंतिम पैकेज के आकार को कम करने, वजन कम करने में सक्षम बनाती है। एक विशिष्ट एमईएमएस डिवाइस का इंटरफ़ेस एकल आपूर्ति है जो इसे प्रबंधित करना आसान बनाता है और अधिक आसानी से एक डिजिटल इंटरफ़ेस को उधार देता है जो केबल की लागत और वजन को बचाने में भी मदद कर सकता है। सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्स भी ट्रांसड्यूसर के आकार को प्रभावित कर सकते हैं। प्रिंटेड सर्किट बोर्ड (पीसीबी) पर लगाया गया एक छोटा फॉर्म फैक्टर त्रिअक्षीय और मशीन पर माउंटिंग और केबलिंग के लिए उपयुक्त एक हेमेटिक हाउसिंग में डाला गया, एक छोटे समग्र पैकेज को सक्षम करने में मदद कर सकता है, जो प्लेटफॉर्म पर अधिक माउंटिंग और प्लेसमेंट लचीलापन प्रदान करता है। इसके अलावा, आज के एमईएमएस उपकरणों में महत्वपूर्ण मात्रा में एकीकृत, एकल वोल्टेज आपूर्ति सिग्नल कंडीशनिंग इलेक्ट्रॉनिक्स शामिल हो सकते हैं, जो बैटरी से चलने वाले वायरलेस उत्पादों को सक्षम करने में मदद करने के लिए बहुत कम शक्ति के साथ एनालॉग या डिजिटल इंटरफेस प्रदान करते हैं। उदाहरण के लिए, ADXL355, एक उच्च रिज़ॉल्यूशन, उच्च स्थिरता त्रिअक्षीय एक्सेलेरोमीटर में एक एकीकृत Σ-Δ एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर (ADC) है, जिसमें 18 बिट्स का प्रभावी रिज़ॉल्यूशन और 4 kSPS की आउटपुट डेटा दर है, और इससे कम खपत होती है प्रति अक्ष ६५ µ ए. एनालॉग और डिजिटल आउटपुट विविधता दोनों के साथ एक एमईएमएस सिग्नल कंडीशनिंग सर्किट की टोपोलॉजी आम है और ट्रांसड्यूसर डिजाइनर के लिए सेंसर को विभिन्न प्रकार की स्थितियों में अनुकूलित करने के लिए विकल्प खोलता है, जो आमतौर पर औद्योगिक सेटिंग्स में उपलब्ध डिजिटल इंटरफेस में संक्रमण को सक्षम करता है। उदाहरण के लिए, RS-485 ट्रांसीवर चिप्स व्यापक रूप से उपलब्ध हैं और खुले बाजार प्रोटोकॉल, जैसे कि मोडबस आरटीयू, आसन्न माइक्रोकंट्रोलर में लोड करने के लिए उपलब्ध हैं। एक पूर्ण ट्रांसमीटर समाधान को छोटे पदचिह्न सतह-माउंट चिप्स के साथ डिज़ाइन और बिछाया जा सकता है जो अपेक्षाकृत छोटे पीसीबी क्षेत्रों में फिट हो सकते हैं, जिन्हें तब पैकेज में डाला जा सकता है जो पर्यावरणीय मजबूती प्रमाणपत्रों का समर्थन कर सकते हैं जिनमें हेमेटिक या आंतरिक रूप से सुरक्षित विशेषताओं की आवश्यकता होती है। एक एमईएमएस ने पर्यावरण में बदलाव के साथ-साथ बहुत मजबूत होने का प्रदर्शन किया है। आज की पीढ़ी के उपकरणों के झटके के विनिर्देशों को 10,000 ग्राम बताया गया है, लेकिन वास्तव में संवेदनशीलता विनिर्देशों पर कोई प्रभाव नहीं होने के साथ बहुत अधिक स्तर सहन कर सकते हैं। संवेदनशीलता को स्वचालित परीक्षण उपकरण (एटीई) पर ट्रिम किया जा सकता है और उच्च रिज़ॉल्यूशन सेंसर के लिए समय और तापमान के साथ 0.01 डिग्री सेल्सियस तक स्थिर होने के लिए डिज़ाइन और निर्मित किया जा सकता है। ऑफ़सेट शिफ्ट विनिर्देशों सहित समग्र संचालन, व्यापक तापमान रेंज, जैसे -40 डिग्री सेल्सियस से + 125 डिग्री सेल्सियस के लिए गारंटीकृत किया जा सकता है। एक ही सब्सट्रेट पर सभी चैनलों के साथ एक मोनोलिथिक त्रिअक्षीय सेंसर के लिए, 1% की क्रॉस अक्ष संवेदनशीलता आमतौर पर निर्दिष्ट की जाती है। अंत में, गुरुत्वाकर्षण वेक्टर को मापने के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरण के रूप में, एक एमईएमएस एक्सेलेरोमीटर में एक डीसी प्रतिक्रिया होती है, जो आउटपुट शोर घनत्व को करीब डीसी तक बनाए रखती है, केवल इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल कंडीशनिंग के 1 / एफ कोने तक सीमित होती है और सावधानीपूर्वक डिजाइन के साथ हो सकती है 0.01 हर्ट्ज तक कम से कम। शायद एमईएमएस-आधारित सेंसर के सबसे बड़े लाभों में से एक विनिर्माण को बढ़ाने की क्षमता है। एमईएमएस विक्रेता 1990 से मोबाइल, टैबलेट और ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों के लिए उच्च मात्रा में शिपिंग कर रहे हैं। एमईएमएस सेंसर और सिग्नल कंडीशनिंग सर्किट चिप दोनों के लिए सेमीकंडक्टर फैब्रिकेशन सुविधाओं में रहने वाली यह विनिर्माण क्षमता औद्योगिक और विमानन अनुप्रयोगों के लिए भी उपलब्ध है, जिससे समग्र लागत कम करने में मदद मिलती है। इसके अलावा, पिछले 25 वर्षों में ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों के लिए भेजे गए एक अरब से अधिक सेंसर के साथ, एमईएमएस जड़त्वीय सेंसर की विश्वसनीयता और गुणवत्ता बहुत अधिक होने का प्रदर्शन किया गया है। एमईएमएस सेंसर ने जटिल क्रैश सुरक्षा प्रणालियों को सक्षम किया है जो किसी भी दिशा से दुर्घटनाओं का पता लगा सकते हैं और बैठने वालों की सुरक्षा के लिए सीटबेल्ट टेंशनर और एयरबैग को उचित रूप से सक्रिय कर सकते हैं। Gyroscopes और उच्च स्थिरता accelerometers भी वाहन सुरक्षा नियंत्रण में महत्वपूर्ण सेंसर हैं। आज के ऑटोमोटिव सिस्टम कम लागत और उत्कृष्ट विश्वसनीयता पर सुरक्षित, बेहतर हैंडलिंग कारों को सक्षम करने के लिए एमईएमएस जड़त्वीय सेंसर का व्यापक उपयोग करते हैं। वर्तमान में, कई अनुप्रयोगों के लिए एमईएमएस प्रौद्योगिकी में जबरदस्त रुचि और निवेश है। एमईएमएस के कई आकर्षक गुणों के अलावा, एमईएमएस जड़त्वीय सेंसर भी कई गुणवत्ता की समस्याओं को कम करने में मदद करते हैं जो अन्य सामग्रियों और आर्किटेक्चर को पीड़ित करते हैं। एमईएमएस जड़त्वीय सेंसर का उपयोग उपभोक्ता, विमानन और ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों की मांग में 25 से अधिक वर्षों से किया गया है और उच्च सदमे और मांग वाले वातावरण के अधीन किया गया है। क्या एमईएमएस के लिए स्थिति निगरानी जैसे उच्च प्रदर्शन की मांग करने वाले अनुप्रयोगों में और अधिक प्रवेश करने का समय आ गया है? यह पूरी तरह से उम्मीद है कि एमईएमएस के प्रदर्शन में नाटकीय रूप से सुधार जारी रहेगा, स्थिति निगरानी उपकरणों के डिजाइनरों के लिए अधिक विकल्प प्रदान करेगा और स्मार्ट सेंसर, वायरलेस सेंसर, और कम लागत, लंबवत एकीकृत सिस्टम की एक नई पीढ़ी को सक्षम करेगा।

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