高端MEMS助力位置服務(wù)、智能制造、地震預警

3 地震預警需要MEMS高性能、低功耗

本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/202002/409658.htm

3.1 地震預警的原理

這幾年我國非常重視地震避險，可以預警還有多少秒到達相關(guān)位置。這是怎么做的呢？如下圖，一般地震來(lái)了，P波比S波的傳播速度快。幸運的是，P波帶來(lái)的影響沒(méi)有那么大，因為P波是上下振動(dòng)的縱波，S波是橫波。S波的傳輸速度約3.2~4.0 km/s。如果P波一地震就檢測到了，S波檢測得較慢，但網(wǎng)絡(luò )通信速度是很快的，一般可達3.0×105 km/s。如果每個(gè)地方離震中100 km，則

100 km÷4 km/s=25 s

這意味著(zhù)人如果離震中100 km，就可以提前25 s知道地震要來(lái)，有足夠的時(shí)間做響應和急救。因為最后把樓撕扯、發(fā)生較為嚴重坍塌的是S波到達之后，S波和P波都到達之后，會(huì )形成L波，L波是真正產(chǎn)生致命作用的地震波。

現在能實(shí)現地震預警，實(shí)際上來(lái)自于技術(shù)的進(jìn)步。過(guò)去的地震監測設備都是低密度布置的，每個(gè)專(zhuān)業(yè)的地震監測點(diǎn)之間的距離至少在80 km以上?，F在能實(shí)現預警，靠的是大數據，即用低密度的專(zhuān)業(yè)地震設備+高密度輔助地震設備。輔助設備可能精度沒(méi)有那么高，但設了更多的地震監測點(diǎn)，很多點(diǎn)同時(shí)動(dòng)，且產(chǎn)生一個(gè)方向上的振動(dòng)，那么一定是地震引起的，且可以確定震中，使得周邊的人可以得到通知，有幾十秒的時(shí)間去自救。

這種高密度的輔助地震設備可以通過(guò)MEMS加速度計實(shí)現，因為它可以檢測各種各樣的振動(dòng)。

這種加速度計需要的特點(diǎn)是：低噪聲和低功耗。因為地震有不同的等級，等級越低，振動(dòng)幅度越小，因此必須要有足夠低的噪聲才能分辨足夠小的等級。另外，大量鋪設的輔助設備點(diǎn)很多是電池供電的，所以MEMS傳感器必須要有足夠的低功耗。

3.2 ADI的解決方案

ADI的ADXL355非常符合該市場(chǎng)的需求（如下圖）。其中ADXL362的功耗比ADXL35X明顯低很多，但它的噪聲也高，如果這個(gè)應用只需要檢測5級以上的地震，可裝在燃氣表里（注：現在已有客戶(hù)應用），如果檢測到五級及以上的強震，燃氣表可以自動(dòng)切斷閥門(mén)，防止二次災害的發(fā)生。

4 開(kāi)發(fā)傳感器的4個(gè)階段

第1階段，傳感器可以敏感出1個(gè)信號，這個(gè)信號可能是電荷型的、電壓型的、電流型的?？蛻?hù)要知道怎么把這個(gè)信號轉化成數字輸出的，或PWM輸出的、電壓輸出的，方便客戶(hù)的客戶(hù)再去處理。這步最為簡(jiǎn)單、基本。

第2階段，對這個(gè)傳感器做簡(jiǎn)單的處理，例如可以把電荷或電壓轉換成客戶(hù)需要的，有PWM輸出、SPI輸出等。

第3階段，做一些軟件算法?？赡苡行┛蛻?hù)說(shuō)我用你這個(gè)，你現在輸出是很好了，但是我還要算，例如你可以測重力，但測重力并不代表角度，還需要一些反三角函數的運算。這種東西可能在A(yíng)地還好，但是如果這個(gè)樓是在其他地方呢？公差會(huì )很大，但依然要保證非常好的精度，這就需要算反三角函數。這是非常簡(jiǎn)單的例子。有的還要多做一些，諸如智能制造里有一些FFD（自由變形）分析，現在ADI也有能力把FFD分析集成到器件里去。

以上3個(gè)階段ADI都已實(shí)現。

第4階段，針對不同的行業(yè)進(jìn)行解釋?zhuān)@個(gè)數據到底代表什么意義。就像地震波例子，什么樣的波形是地震波等，需要對于地震的理解，對于石油化工行業(yè)的理解，這個(gè)目前主要還屬于客戶(hù)的技術(shù)范疇，ADI也有一些持續的創(chuàng )新，與客戶(hù)有些深度的合作。

5 ADI在MEMS上的優(yōu)勢

ADI是業(yè)界最早把MEMS技術(shù)實(shí)現商用的公司，在1987年開(kāi)始在MEMS上投入，1991年就實(shí)現了用MEMS替代傳統的氣泡解決方案，做到了汽車(chē)的安全氣囊里。

ADI專(zhuān)注于MEMS的技術(shù)創(chuàng )新40余年，并且有系統級的經(jīng)驗。目前看好自動(dòng)駕駛、智慧城市、智能制造、智慧農業(yè)等新應用。

ADI的MEMS里程碑