【导读】“MEMS技术无处不在，其应用已经覆盖了机器人、智慧城市、医疗设备、状态监测、智慧农业、自动驾驶等生活的各个领域。”ADI亚太区微机电产品线总监赵延辉在近日的ADI中国25周年媒体技术日上表示。
ADI亚太区微机电产品线总监赵延辉
过去多年，MEMS传感器凭借体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高等一系列优点，正逐渐成为微型传感器的主力军，大有取代传统机械传感器的趋势。
MEMS传感器迎来新的发展趋势
据Yole Developpement的最新研究数据显示，2018年，全球MEMS市场达到116亿美元，按照每年8%市场增长率来看，预计2024年将增长到180亿美元。
MEMS技术的飞速发展，为微型传感器市场带来了福音，也解决了我们生活中一些常见的难题，甚至成为一部分新兴技术不可或缺一部分。
“5G时代的到来，可以实现万物互联，这意味着连接到网络里的东西，需要知道准确的位置。所以在今年10月底的时候，中国移动投入了3亿多资金，购买了4千多个基站，这个基站并不是普通的手机通信基站，主要是用来提供高精度位置服务的。”赵延辉介绍道。
此外，新制造及智能制造等概念的提出，也为传感器市场带来了非常大的需求。“只有传感器才能让冰冷的机器与我们对话。”赵延辉补充表示。
如果仔细来看，会发现传感器的应用无处不在，传感器有振动分析、红外成像、超声、电压电流的检测等等，但这些都是传统的传感器。但目前的趋势不同了，新兴的趋势就是要有一些集成式智能节点。
什么是集成式智能节点？赵延辉认为，以往传感器检测都是现场检测，只能检测出仪器设备的现况，这也就满足当下的需求。随着市场的不断发展，更小、成本更低、功耗更低的MEMS传感器出来了，这时候对于机器的检测、预测都可以用MEMS加速器来做。它可以通过检测的数据分析机器内部存在的问题，预测机器的使用寿命，提前规避风险。
这里有一个很明显的趋势，未来的传感器除了要检测设备使用现状，还可以通过数据分析，预测机器设备的使用寿命及异常风险，提前预警，这样能更好的降低损失。
在大趋势下，以往的压电传感器监测就可能会被MEMS技术所取代。最直观的是压电成本已经和MEMS成本相差太大，同时压电监测无法监测低频信号，比如桥梁监测方面，就需要一些非常低频的检测，这是压电传感器没办法实现的。
压电传感器是什么呢？某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。依据电介质压电效应研制的一类传感器称为压电传感器。
此外，为了更详细对比压电传感器与MEMS传感器的差异，ADI用业界最领先的，价格大约在500-1000的压电传感器，与自研的同等水平的MEMS传感器进行实测数据对比。结果发现，对两个传感器同时加上100g加速度冲击，压电传感器会发生明显的滞留偏移，而MEMS不会。
MEMS传感器市场需求的不断增加，背后一定有它的商业逻辑。除了它外在表现的体积小、功耗低、成本低等特点外，它在实际应用中的作用正在不断被挖掘。
典型的预测性应用：地震波检测
前不久，四川长宁发生6.1级地震，但凭借设备，当地实现了提前61秒预警避险，降低了当地的财产损失。这是如何做到的呢？
一般来说，发生地震时，会产生P波和S波，P波的传播速度比S波快，但P波属于纵波，对于环境的影响不太大，而真正造成影响的是S波与P波形成L波，其中S波的传播速度很慢，大概是3.2km/h—4.0km/h，这也就意味着L波的传播速度与S波相当。
可以看出，通过提前检测P波，预测地震的发生是一个很好的思路。实际上也是这样操作的，检测到P波在传输后，通过网络通信，将信息及时传输出去，通信传输速度是300000km/s。如果一个地方离震中有100km距离的话，基本可以提前25s知道地震发生信息。
这个地震预警与MEMS有关系吗？其实关系很大，过去的地震监测设计都是低密度布置的，每一个专业地震监测节点之间的距离都在80km以上，也能预警，但是预警的时间很短。
当下，MEMS传感器成本低、体积小及功耗低等特点，则为高密度布置地震设备提供了可能。低密度专业地震监测设备配置高密度辅助地震监测设备（MEMS加速度计），可以增加地震提前预测的时间，实现更早的预警。
举个例子，高密度地震监测辅助设备精度可能没有低密度专业地震监测设备精度高，但可以大面积覆盖。这个时候，如果一片区域内的很多高密度地震监测辅助设备都有反应，这意味着地震要来了，如果只是部分有反应，可能就是其它的状况，这是可以基于大数据来处理的。
这种MEMS加速度计需要什么特点呢？其实最重要的就是低噪声和低功耗。地震有不同的等级，等级越低，振幅越小。如果振幅很小，则要求加速度计必须具备够低的噪声辨识。当然，低功耗也很重要。毕竟地震发生的时间不知道，所以必须要MEMS加速度计自铺设开始便一直保持正常工作状态。
“如果结合这两个特性，那么ADXL355绝对是市场第一。当然，ADI提供的ADXL362比ADXL355功耗低很多，但它的噪声也很高，这种情况就仅适用于5级以上的地震，因为噪声主要分辨地震的强度，功耗则决定了产品的监测时间。”赵延辉补充表示。
除了以上可以提前预测的MEMS传感器外，ADI推出的ADXL100x也可以提前检测轴承中的早期故障，由于带宽高，大多数发生在旋转机械中的故障（如滑动轴承损坏、器械不稳、运行摩擦、零件松动、齿轮齿缺陷、轴承磨损和气蚀等）都可以通过该传感器系列来检测。
值得一提的是，为了更好服务客户，ADI将自研的MEMS传感器集成各种信号调理，可以提供一个完整振动的解决方案。客户可以直接将模块装到机器上使用，也可以直接买ADI的内核传感器，基于自身的产品应用，设计并考虑不同的封装形式。
写在最后
过去，机器设备的维护都是按照周期性来维护的，而MEMS加速度计这种预测、分析性能力，对于高安全、高成本的产业而言，极早发现故障，减免财产损失具有非常好的价值。可以看到一个趋势，MEMS加速度计的高分辨率、出色的漂移速度、极强的灵敏度与更高的信噪比，为检测接近直流范围极低频振动提供了可能，它或将成为监控系统最理想的选择。
本文转载自芯师爷。
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