最近，無(wú)人機又火了！無(wú)論是無(wú)人機噴灑消毒水，或是無(wú)人機配送，甚至是無(wú)人機“喊話(huà)”戴口罩，都走進(jìn)了更廣泛的現實(shí)生活，讓大眾對其有了新的認識，而不再是傳統觀(guān)念里相對簡(jiǎn)單的“玩具”。究其原因，其飛行能力顯著(zhù)提高，使其更安全、更穩定、更易于控制這一改進(jìn)的關(guān)鍵因素之一便是使用了高性能微機電系統（MEMS）傳感器。

事實(shí)上，近些年隨著(zhù)AI在物聯(lián)網(wǎng)的滲透和邊緣計算能力的增強，MEMS傳感器憑借體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高等一系列優(yōu)點(diǎn)，正逐漸成為微型傳感器的主力軍，大有取代傳統機械傳感器的趨勢。

ADI亞太區微機電產(chǎn)品線(xiàn)總監趙延輝在A(yíng)DI中國25周年媒體技術(shù)日發(fā)表演講

“MEMS技術(shù)無(wú)處不在，其應用已經(jīng)覆蓋了機器人、智慧城市、醫療設備、狀態(tài)監測、智慧農業(yè)、自動(dòng)駕駛等生活的各個(gè)領(lǐng)域?！盇DI亞太區微機電產(chǎn)品線(xiàn)總監趙延輝指出，專(zhuān)業(yè)調研機構的數據也驗證了趙延輝的觀(guān)點(diǎn)，據Yole Développement統計，2018年全球MEMS市場(chǎng)達到116億美元，預計到2024年將以8.2%的年復合增長(cháng)率(CAGR)持續增長(cháng)。其中消費類(lèi)應用將占MEMS市場(chǎng)的60%，汽車(chē)應用則占20%，其余的20%包括電信、醫療、工業(yè)和航空等應用。MEMS傳感器優(yōu)勢明顯，趙延輝就用當下熱門(mén)的三大應用為例詳細介紹了MEMS傳感器在新興市場(chǎng)中的巨大應用前景。

拒絕干擾，基于MEMS傳感器的IMU充當自動(dòng)駕駛“最后一道屏障”

在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，大多數的應用或多或少都與位置服務(wù)相關(guān)聯(lián)，尤其是對于移動(dòng)物體，定位需求更為明顯。據趙延輝提及，中國移動(dòng)近日投資超3.36億元采購4400套高精度衛星定位基準站，加緊部署物聯(lián)網(wǎng)，說(shuō)明了通信運營(yíng)商進(jìn)軍高精度位置服務(wù)已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)施階段。

作為高精度位置服務(wù)的典型應用場(chǎng)景，自動(dòng)駕駛也在爭議中不斷發(fā)展，其涉及的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節多、產(chǎn)業(yè)鏈長(cháng)，加速自動(dòng)駕駛的商業(yè)化落地離不開(kāi)所有相關(guān)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的并駕齊驅。

因此，自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的導航系統精度無(wú)法只通過(guò)高精度衛星來(lái)保障，基于MEMS傳感器技術(shù)的慣性測量單元（IMU）才是保障自動(dòng)駕駛的最后一道屏障。因為無(wú)論是攝像頭、毫米波雷達、激光雷達，還是衛星導航定位，都會(huì )受到外部環(huán)境的影響，只有基于IMU的慣性導航能夠完全不受外界環(huán)境的影響地為自動(dòng)駕駛系統提供連續、高精度、高可靠的車(chē)輛位置、方向、速度等多維度的信息，保障車(chē)輛的安全行駛。

ADI是最早在此領(lǐng)域進(jìn)行研究的技術(shù)提供商之一，在乘用車(chē)自動(dòng)駕駛技術(shù)走進(jìn)大眾視線(xiàn)之前，ADI IMU就已經(jīng)廣泛用在農業(yè)自動(dòng)化中，也就相當于低速的L4級自動(dòng)駕駛。

ADI的IMU應用與產(chǎn)品線(xiàn)也非常廣泛，自2007年推出了首款I(lǐng)MU產(chǎn)品以來(lái)，經(jīng)過(guò)十多年的創(chuàng )新發(fā)展，其IMU產(chǎn)品在性能持續提升的同時(shí)，尺寸也越來(lái)越小。據趙延輝透露，去年11月，ADI推出了最新量產(chǎn)的IMU產(chǎn)品ADIS1650x系列，更注重工業(yè)“運動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)”的需求及其對精準地理定位的需求，其性能能夠令系統精確地表征運動(dòng)，不受湍流、振動(dòng)、風(fēng)、溫度和其他環(huán)境干擾，從而實(shí)現更精準的導航和引導?！半m然ADIS1650x體積減小很多，但依然采用了差分結構，實(shí)現了非常好的振動(dòng)抑制特性?！壁w延輝強調道：“ADIS1650x系列IMU與其他同類(lèi)高精度產(chǎn)品相比，擁有5倍寬的動(dòng)態(tài)范圍，用以適應極端情況；2倍寬的帶寬，用以捕捉急速變化；10倍以上的振動(dòng)抑制特性改良與10倍以上的低噪聲加速度傳感器改良?！?/p>

工控安全，檢測先行，基于條件檢測的ADI工業(yè)控制解決方案

新制造作為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅動(dòng)力，正在中國大地掀起創(chuàng )新熱潮。在智能化工業(yè)生產(chǎn)中，MEMS傳感器正在讓冰冷的機器與我們“對話(huà)”，例如實(shí)現振動(dòng)分析和診斷、潤滑分析、紅外熱成像、超聲波測試等。趙延輝表示，現階段，工業(yè)設備普遍實(shí)現了數字化和互聯(lián)互通，且正在助力生產(chǎn)工具變革。使用IIoT（工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)）監測機器的健康狀態(tài)有助于實(shí)現預測性維護，讓行業(yè)人員能夠預測故障，從而大幅節省運營(yíng)成本。在可測物理量中，振動(dòng)頻譜測量能夠針對旋轉機器中的問(wèn)題的根源提供最多信息，已被可靠地應用于各種工業(yè)應用中的最關(guān)鍵設備。

從2018年起，ADI接連收購OtoSense與Test Motors，計劃將 OtoSense的軟件與Test Motors的監控功能相結合來(lái)創(chuàng )建解決方案，通過(guò)捕獲更廣泛的潛在故障為機器提供更先進(jìn)、全面的健康狀況監測。事實(shí)上，ADI的狀態(tài)監控方案已經(jīng)能夠為客戶(hù)提供具備完整的早期異常檢測功能的系統了，其中各類(lèi)精準的MEMS傳感器也在其中發(fā)揮了舉足輕重的作用。

支持結構健康監測的高級特性對于狀態(tài)監控和結構健康監測，測量范圍是一個(gè)重要參數。趙延輝舉例道：“ADXL100x系列MEMS加速度計可實(shí)現高分辨率振動(dòng)測量，適用于工業(yè)條件大多數故障（滑動(dòng)軸承損壞，不平衡，摩擦，松動(dòng)，齒輪缺陷，軸承磨損和氣蝕）監測應用。這些加速度計的滿(mǎn)量程范圍為±100g（ADXL1001）、±50g（ADXL1002）和±500g（ADXL1004），在較寬的頻率范圍內具有25μg/√Hz至125μg/√Hz的超低噪聲密度。此外，這些加速度計具有集成的全靜電自檢（ST）功能和超范圍（OR）指示特性，采用3.3V至5.25V單電源供電，功耗低，還有助于無(wú)線(xiàn)傳感產(chǎn)品的設計?！?/p>

同時(shí)為了簡(jiǎn)化設計，ADI越來(lái)越多提供從元器件到完整功能模塊產(chǎn)品，例如ADI提供的一套完整的解決方案采用ADcmXL3021型號實(shí)施三軸測量。這款3.3V電源電壓產(chǎn)品包括3個(gè)基于A(yíng)DXL1002的測量鏈、1個(gè)溫度傳感器、1個(gè)處理器和1個(gè)FIFO。上述所有元器件封裝在一個(gè)鋁殼（23.7mm x 26.7mm x 12mm）模組內，可以即時(shí)安裝在旋轉機器上。該產(chǎn)品的全尺寸為±50g，具有僅25μg/√Hz的極低噪聲水平和10kHz帶寬，這些特點(diǎn)使其能夠在大量應用中捕捉振動(dòng)特征。

需要指出的是，無(wú)論條件監控的類(lèi)型如何，即使采用最智能的監控概念，都不能100％保證不會(huì )出現意外停機、故障或安全等風(fēng)險，但這些努力足以減少風(fēng)險的出現。正因為如此，越來(lái)越多的基于狀態(tài)的監測正在成為工業(yè)界的一個(gè)關(guān)鍵話(huà)題，被視為未來(lái)生產(chǎn)設施可持續成功的明確先決條件。

“網(wǎng)紅”應用——地震預警系統背后的關(guān)鍵指標

MEMS傳感器在工業(yè)和基礎設施市場(chǎng)創(chuàng )造的新機遇遠不止于此，例如還有最近開(kāi)始逐漸走進(jìn)普通人生活中的“網(wǎng)紅”應用——地震預警系統?！癕EMS加速度計和大數據技術(shù)的發(fā)展正是這一‘網(wǎng)紅’應用的主要推動(dòng)力。低密度專(zhuān)業(yè)地震監測設備配置高密度輔助地震監測設備（MEMS加速度計），可以增加地震提前預測的時(shí)間，實(shí)現更早的預警?！壁w延輝解釋說(shuō)。

地震波按傳播方式分為三種類(lèi)型：縱波（P波）、橫波（S波）、面波（L波），縱波傳播速度較快、破壞力較小，S波傳播速度較慢，與P波在地表相遇后激發(fā)產(chǎn)生的混合波破壞力巨大，地震系統就是利用縱波傳輸速度最快，檢測到縱波以后，利用通信網(wǎng)絡(luò )的高速傳輸發(fā)出預警。

因此，地震預警系統里的MEMS加速度計最重要的兩個(gè)特性就是低噪聲和低功耗。地震有不同的等級，等級越低，振幅越小，要求加速度計必須具備夠低的噪聲辨識。同時(shí)低功耗也很重要，畢竟地震發(fā)生的時(shí)間不確定，所以必須要MEMS加速度計自鋪設開(kāi)始便一直保持正常工作狀態(tài)?！叭绻Y合這兩個(gè)特性，那么ADXL355絕對是市場(chǎng)第一?！壁w延輝補充道，“當然，ADI提供的ADXL362比ADXL355功耗低很多，但它的噪聲也很高，就僅適用于5級以上的地震，因為噪聲主要分辨地震的強度，而功耗則決定了產(chǎn)品的監測時(shí)間?！?/p>

此外，地震監測還有進(jìn)一步的應用拓展，在地震多發(fā)地區，需要監測地震發(fā)生時(shí)的震級，如果達到5級或5級以上地震，就要對某些潛在危險進(jìn)行及時(shí)處理，例如自動(dòng)關(guān)斷家用燃氣以防其由于強震而造成泄露，進(jìn)而引起中毒或爆炸，阻止二次災害的發(fā)生。ADI MEMS加速度計也在其中得到了一些應用。

對于此類(lèi)靈敏應用而言，傳感器的長(cháng)期穩定性也是需要考慮的主要因素，這是因為傳感器會(huì )受熱應力和機械應力的影響。想要改善這個(gè)問(wèn)題，就要注意系統設計和芯片選型，如果系統結構很難做到熱應力和機械應力隔絕的話(huà)，最好優(yōu)先考慮陶瓷封裝的器件。

見(jiàn)證MEMS產(chǎn)業(yè)最好的時(shí)代

物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展給MEMS傳感器帶來(lái)了許多新的機遇，例如智能家居、可穿戴設備、智慧工業(yè)、智慧醫療、智慧交通等。在趙延輝看來(lái)， MEMS產(chǎn)業(yè)漫漫發(fā)展歷程中，ADI多次以創(chuàng )新的里程碑式產(chǎn)品彰顯了自身的技術(shù)實(shí)力：ADI從1987年開(kāi)始投入MEMS傳感器的研發(fā)，也是業(yè)界最早從事MEMS研發(fā)的公司；1991年，ADI發(fā)布了業(yè)界第一顆高g值MEMS加速度計，聚焦汽車(chē)安全氣囊碰撞監測應用，引領(lǐng)了幾乎十年的MEMS傳感器研究方向；1996年，發(fā)布了業(yè)界第一顆Low-g MEMS傳感器，聚焦人體運動(dòng)監測應用……歷經(jīng)30余載的經(jīng)驗積淀，ADI用一個(gè)又一個(gè)“業(yè)界首款”成為當今MEMS行業(yè)的領(lǐng)頭羊，也正在見(jiàn)證MEMS產(chǎn)業(yè)最好的時(shí)代！