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基于MEMS的傳感器

簡介：

得益于微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 技術(shù)，慣性傳感器、環(huán)境傳感器等許多傳感設(shè)備得以實(shí)現(xiàn)小型化，并以最小功耗運(yùn)行。從傳感器的設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)，在這整個(gè)過程中，一個(gè)重要步驟是 MEMS 結(jié)構(gòu)行為的表征。我們通常會(huì)為此開發(fā)專用集成電路 (ASIC)，但這種方式會(huì)使得迭代傳感器的開發(fā)過程變得繁瑣且耗時(shí)。因此，有必要為 MEMS 器件找到一種快速、全面的表征方法。

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應(yīng)用說明測量策略選擇推薦產(chǎn)品的優(yōu)勢相關(guān)產(chǎn)品

應(yīng)用說明

相關(guān)產(chǎn)品：SHFLI，GHFLI，UHFLI， HF2LI， MFLI， MFIA

測量策略

為全面了解傳感器的行為，有必要研究 MEMS 結(jié)構(gòu)在驅(qū)動(dòng)信號影響下或因感應(yīng)環(huán)境變化而產(chǎn)生的響應(yīng)。為覆蓋廣泛的參數(shù)范圍，需要進(jìn)行以下幾項(xiàng)測量。

一、頻率響應(yīng)分析測量

頻率響應(yīng)分析，是一項(xiàng)至關(guān)重要的測量。這用于尋找最佳驅(qū)動(dòng)信號，以最大程度發(fā)揮傳感器的性能。同時(shí)也有助于實(shí)現(xiàn)傳感器的共振和邊帶表征。主流的測量方式要求掃描驅(qū)動(dòng)信號的參數(shù)，這可由參數(shù)掃描儀實(shí)現(xiàn)。另外，也可以使用參數(shù)諧振的方式監(jiān)測傳感器諧振頻率的快速變化。啁啾信號的FFT能提供高的頻譜分辨率和時(shí)間分辨率。

本圖展示了如何使用 LabOne 掃描儀工具來進(jìn)行傳感器共振的表征。

二、階躍響應(yīng)測量

階躍響應(yīng)測量可反映傳感器因驅(qū)動(dòng)信號或環(huán)境因素變化而發(fā)生的行為。這些時(shí)間分辨測量可以揭示傳感器的阻尼、品質(zhì)因數(shù)等結(jié)構(gòu)特性。

通過使用多個(gè)解調(diào)器，可以同時(shí)監(jiān)測不同阻尼的 MEMS 結(jié)構(gòu)，如圖中所示的振鈴測量實(shí)驗(yàn)。

三、阻抗分析測量

阻抗分析被用于 MEMS 器件換能器結(jié)構(gòu)的表征：阻抗不僅取決于結(jié)構(gòu)，還由驅(qū)動(dòng)信號和環(huán)境條件決定。因此，準(zhǔn)確的測量至關(guān)重要。

MFIA 阻抗分析儀或 MFLI 鎖相放大器的 MF-IA 選件提供高垂直精度和時(shí)間分辨率測量，使得環(huán)境快速變化對傳感器電容（橙色曲線）和電阻（藍(lán)綠色曲線）的影響得以量化。

四、閉環(huán)傳感器控制測量

閉環(huán)傳感器控制使得傳感器保持其最佳狀態(tài)。其實(shí)現(xiàn)方式是，利用鎖相環(huán) (PLL) 鎖定傳感器相位，或者利用比例積分微分 (PID) 控制器鎖定其他參數(shù)（如幅度）。此類鎖定方案也會(huì)顯著增加測量帶寬。

本圖中顯示的時(shí)間軌跡記錄了自動(dòng)增益控制如何通過關(guān)閉 PLL（藍(lán)色軌跡）和 PID（橙色軌跡）來穩(wěn)定傳感器。

選擇推薦產(chǎn)品的優(yōu)勢

━ 上述所有測量方案都可以使用蘇黎世儀器的鎖相放大器來實(shí)施和測試，因此無需進(jìn)行頗為耗時(shí)的 ASIC 開發(fā)：充分利用一體化方案來服務(wù)您的 MEMS 傳感器應(yīng)用。

━ 可在單臺儀器中利用多個(gè)解調(diào)器和振蕩器來同時(shí)跟蹤、控制若干共振。

━ 蘇黎世儀器的模擬電路提供多個(gè)輸入量程，以最大限度減少輸入噪聲并提高周期性信號的信噪比。

━ 在數(shù)據(jù)采集模塊 (DAQ) 的支持下，借助儀器配套的 LabOne 軟件及其支持 Python、C 語言、MATLAB?、LabVIEW? 和 .NET 的應(yīng)用程序編程接口，可實(shí)現(xiàn)測量流程的自動(dòng)化。

━ 通過 USB 或 GbE 連接實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸，讓您可以輕松記錄測量結(jié)果，而無需額外的數(shù)字轉(zhuǎn)換卡。

相關(guān)產(chǎn)品