創(chuàng )新影響追蹤：MEMS傳感器如何改變游戲規則

我們探索了一種新的MEMS技術(shù)的潛在影響，該技術(shù)能夠可靠地測量低速率加速度和高強度沖擊。微機電系統（MEMS）傳感器是一種緊湊型設備，能夠提供對物理參數的精確且可靠的測量。它們在眾多行業(yè)中都至關(guān)重要。例如，MEMS加速度計的應用范圍廣泛，從消費電子到工業(yè)自動(dòng)化、醫療保健以及汽車(chē)系統都有涉及。

MEMS傳感器將機械組件和電氣組件集成在一個(gè)無(wú)引腳四方扁平（LGA）封裝內。

MEMS加速度計的一個(gè)關(guān)鍵特性是其能夠在廣泛的輸入范圍內進(jìn)行測量和響應，從逐漸變化的加速度到高強度沖擊。ST公司的傳感器通常采用電容式傳感機制來(lái)檢測物理參數的變化。當將其集成到電子系統中時(shí)，它們能夠實(shí)現實(shí)時(shí)數據采集和處理，從而對沖擊事件做出即時(shí)響應。高強度沖擊是指在短時(shí)間內施加于人、物體或系統上的加速度。在許多應用中，準確測量和分析這些沖擊對于監測性能、檢測故障以及確保安全至關(guān)重要。MEMS傳感器由于其尺寸小、靈敏度高和響應速度快等特點(diǎn)，非常適合用于這一任務(wù)。

準確測量沖擊面臨諸多挑戰

MEMS傳感器在準確測量高強度沖擊時(shí)面臨諸多挑戰。解決這些挑戰對于優(yōu)化MEMS傳感器在高沖擊應用中的性能和效率至關(guān)重要。一個(gè)重大問(wèn)題是由于傳感器飽和導致慣性信息丟失以及錯過(guò)高加速度事件。這可能會(huì )導致數據不完整或不準確。此外，范圍與精度之間存在固有的權衡。低g傳感器在有限的范圍內提供高靈敏度和高精度，而高g傳感器則提供更廣泛的范圍，但精度較低。通常，這使得需要使用兩臺單獨的設備來(lái)分別檢測高g和低g加速度。使用兩臺設備雖然有助于捕捉廣泛的加速度范圍，但也會(huì )增加所需的印刷電路板（PCB）空間和系統設計的復雜性。此外，它還會(huì )顯著(zhù)消耗電池電量，這對于便攜式和其他電池供電的應用來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰。

創(chuàng )新解決方案

ST公司推出了一種新的傳感器技術(shù)，有望解決上述問(wèn)題。該技術(shù)采用創(chuàng )新的MEMS機械結構，能夠在單一集成解決方案中準確且高效地測量高加速度和低加速度。該結構在一個(gè)標準封裝內集成了一個(gè)陀螺儀和兩個(gè)加速度計，其中一個(gè)加速度計的量程可達16 g，另一個(gè)則超過(guò)80 g，從而優(yōu)化了空間并簡(jiǎn)化了系統設計。

ST公司的LSM6DSV80X慣性測量單元（IMU）的機械結構內包含兩個(gè)加速度計：一個(gè)量程為16 g（低g加速度計）和另一個(gè)量程超過(guò)80 g（高g加速度計）。該IMU傳感器的數字組件消除了對主機處理器持續干預的需求。

其先進(jìn)功能包括：

• 邊緣處理，包括有限狀態(tài)機（FSM）和機器學(xué)習核心（MLC）。

• 傳感器融合。

• 自適應自配置（ASC）。

  
  

IMU具備邊緣處理功能以及兩個(gè)加速度計和一個(gè)陀螺儀。

上述創(chuàng )新共同助力傳感器穩定運行，并提供關(guān)于標準運動(dòng)和沖擊事件的有價(jià)值見(jiàn)解。除了提升加速度測量的精度和范圍外，該設計還顯著(zhù)降低了系統功耗，使其成為眾多應用的優(yōu)選。

高強度沖擊追蹤的新興應用

高強度IMU為多個(gè)行業(yè)帶來(lái)了創(chuàng )新應用。在總結本文之前，讓我們探討其中的一些應用。

個(gè)人電子設備

在智能手機、平板電腦和智能手表中應用的高沖擊IMU能夠檢測跌落，從而觸發(fā)諸如收回硬盤(pán)或鎖定屏幕等保護措施。它們還可以提供汽車(chē)碰撞檢測等關(guān)鍵信息，確保及時(shí)獲得援助。在游戲控制器中，IMU通過(guò)檢測快速運動(dòng)和沖擊，提供更具沉浸感和響應性的游戲體驗。智能標簽利用高沖擊IMU提供實(shí)時(shí)跟蹤和沖擊監測，確保其所附物品的安全、安保和完整性。汽車(chē)

在汽車(chē)行業(yè)中，配備高沖擊IMU的事件數據記錄儀可用于黑匣子和兒童安全座椅。它們在事故期間記錄數據，幫助了解事故原因并提供關(guān)于沖擊強度的詳細信息。工業(yè)物流公司、航運服務(wù)和運輸提供商利用高沖擊IMU監測物品是否受損。為危險環(huán)境中的工作人員配備的可穿戴設備中的IMU能夠檢測跌倒或沖擊，觸發(fā)緊急響應，從而增強工作場(chǎng)所的安全性。

醫療保健

為老年人或殘疾人設計的可穿戴設備利用高沖擊IMU檢測跌倒，并及時(shí)向護理人員或緊急服務(wù)發(fā)出警報。IMU還可以用于監測物理治療練習中的沖擊，確保正確的技術(shù)動(dòng)作，并可能在康復期間預防受傷。

體育運動(dòng)

專(zhuān)業(yè)和業(yè)余運動(dòng)員使用的帶有高沖擊傳感器的可穿戴設備能夠追蹤表現并檢測受傷情況。這些可穿戴設備幫助他們優(yōu)化訓練并防止長(cháng)期損傷。例如，嵌入頭盔中的傳感器可以監測和記錄沖擊。通過(guò)提供關(guān)于沖擊力度的實(shí)時(shí)數據，它們有助于預防腦震蕩和其他頭部受傷。

沖擊追蹤的未來(lái)

在上述所有應用中，高強度沖擊慣性測量單元（IMU）的集成標志著(zhù)技術(shù)的重大進(jìn)步?，F代IMU的創(chuàng )新設計和先進(jìn)功能確保了測量的準確性、性能的穩定性，同時(shí)最大限度地減少了功耗。隨著(zhù)這些傳感器的不斷發(fā)展，它們的變革潛力無(wú)疑將帶來(lái)更多的突破性應用，從而改善各個(gè)行業(yè)的成果。沖擊追蹤和測量的未來(lái)前景光明，而高強度沖擊IMU將處于這一領(lǐng)域的前沿。