<li id="wkceg"></li>
<rt id="wkceg"><delect id="wkceg"></delect></rt>
<bdo id="wkceg"></bdo>
<strike id="wkceg"><acronym id="wkceg"></acronym></strike>

  • 帳號:
    密碼:
    智動化 / 文章 /

    由壓力及應(yīng)變管理提升高精度傾斜/角度感測性能
    [作者 ADI提供]   2021年07月19日 星期一 瀏覽人次: [6822]

    本文探討採用加速度計的高精度角度/傾斜感測系統(tǒng)的性能指標(biāo),以特定的感測器作為高精度加速度計的示例詳加探討;並為設(shè)計人員介紹有助於在要求嚴(yán)苛的應(yīng)用中充分提升性能、切實可行的步驟。


    加速度計是一種非常不錯的感測器,可以感測開始傾塌的大橋在重力作用下,呈現(xiàn)細(xì)微的方向變化時的靜態(tài)和動態(tài)加速度。這些感測器包括當(dāng)手機(jī)顯示螢?zāi)粌A斜時,可以改變顯示螢?zāi)环较虻氖謾C(jī)應(yīng)用元件,也包括受出口管制,可以幫助軍用車輛或航空導(dǎo)航的戰(zhàn)術(shù)級元件。[1]


    然而,與大多數(shù)感測器一樣,該感測器在實驗室或試驗臺上表現(xiàn)卓越是一回事,面對荒涼、不受控制的環(huán)境條件和溫度壓力時,要保持同等的系統(tǒng)級性能,則完全是另一回事了。像人類一樣,當(dāng)加速度計在其生命週期中承受了前所未有的壓力時,系統(tǒng)會做出反應(yīng),並可能因這些壓力的影響而發(fā)生故障。


    高精度傾斜感測系統(tǒng)在校準(zhǔn)之後,傾斜精度一般可以優(yōu)於1 度,使用先進(jìn)的超低雜訊和高度穩(wěn)定的加速度計,例如ADXL 354 或ADXL355,透過對可觀測到的誤差源進(jìn)行校準(zhǔn),其傾斜精度可以達(dá)到0.005度。[2]但是,只有在適當(dāng)減輕壓力的情況下才能達(dá)到這種精度水準(zhǔn)。例如感測器承受的壓縮/拉壓力,可能導(dǎo)致其出現(xiàn)高達(dá)20 mg的偏移,使得傾斜誤差超過1度。


    本文探討採用加速度計的高精度角度/傾斜感測系統(tǒng)的性能指標(biāo)。首先從微觀角度分析感測器設(shè)計,以便能更瞭解微米級壓力和應(yīng)變的影響。分析顯示,如果不遵循整體的機(jī)械和物理設(shè)計方法,則會出現(xiàn)一些令人驚訝的結(jié)果。最後,本文將為設(shè)計人員介紹有助於在要求嚴(yán)苛的應(yīng)用中充分提升性能、切實可行的步驟。


    ADXL35x感測器設(shè)計

    從價格和性能角度來看,基於MEMS的加速度計適用於從消費(fèi)類產(chǎn)品到軍用感測的各類應(yīng)用。在ADI產(chǎn)品組合中,低雜訊加速度計ADXL354和ADXL355支援精密傾斜感測、地震成像等應(yīng)用,以及機(jī)器人和平臺穩(wěn)定等許多的新興應(yīng)用。ADXL355的特性使其在高精度傾斜/角度感測應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢,例如雜訊、偏移、重複性和與溫度相關(guān)的偏移,以及振動校正和跨軸靈敏度等二階效應(yīng)。本文將以這種特定的感測器作為高精度加速度計的示例來詳細(xì)探討;但是,本節(jié)中討論的原理適用於絕大多數(shù)三軸MEMS加速度計。


    為了能更加理解促使ADXL355實現(xiàn)卓越性能的設(shè)計考量,首先來檢視感測器的內(nèi)部結(jié)構(gòu),闡明三軸對環(huán)境參數(shù)(例如平面外壓力)產(chǎn)生不同回應(yīng)的原因。在許多情況下,這種平面外壓力都是由感測器z軸上的溫度梯度引起的。


    ADXL35x系列加速度計包含一個彈簧品質(zhì)系統(tǒng),這與許多其他的MEMS加速度計類似。品質(zhì)回應(yīng)外部加速度(靜態(tài)加速度(如重力)或動態(tài)加速度(如速度變化))而移動,其物理位移透過傳導(dǎo)機(jī)制進(jìn)行檢測。


    MEMS感測器採用的最常見的傳導(dǎo)機(jī)制,包括電容式、壓阻式、壓電式或磁性。ADXL355採用電容傳導(dǎo)機(jī)制,透過電容變化來檢測移動,而電容變化透過讀取電路可轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸出。


    雖然ADXL355對矽晶片上的所有三軸感測器皆採用了電容傳導(dǎo)機(jī)制,但X/Y感測器和Z感測器採用了兩種完全不同的電容檢測架構(gòu)。X/Y感測器均基於差分平面內(nèi)叉指,而Z感測器是平面外平行板電容感測器,如圖1所示。


    圖1 : ADXL355的感測器架構(gòu)。對於X/Y感測器,隨著標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的移動,固定指與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量所連接的叉指之間的電容會發(fā)生變化。z軸感測器上的品質(zhì)不均衡,因此可以對z軸加速度進(jìn)行平面外檢測。
    圖1 : ADXL355的感測器架構(gòu)。對於X/Y感測器,隨著標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的移動,固定指與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量所連接的叉指之間的電容會發(fā)生變化。z軸感測器上的品質(zhì)不均衡,因此可以對z軸加速度進(jìn)行平面外檢測。

    如果感測器上存在壓縮壓力或拉壓力,MEMS晶片會翹曲。由於檢測品質(zhì)塊透過彈簧懸掛在襯底上方,所以不會和襯底一起翹曲,但品質(zhì)塊和襯底之間的間隙會發(fā)生變化。


    對於X/Y感測器,由於平面內(nèi)位移對叉指電容變化的影響最大,所以間隙不在電容靈敏度這個方向,這是由邊緣電場的補(bǔ)償作用導(dǎo)致的。但是,對於Z感測器,襯底和檢測品質(zhì)塊之間的間隙實際上是感測間隙。所以,它會對Z感測器產(chǎn)生直接影響,因為它有效改變了Z感測器的檢測間隙。此外,Z感測器位於晶片中央,只要晶片受到任何壓力,該位置都會產(chǎn)生大幅的翹曲。


    除了物理壓力之外,由於在大多數(shù)應(yīng)用中,z軸上的熱傳遞都不對稱,所以z軸感測器上經(jīng)常存在溫度梯度。在典型應(yīng)用中,感測器焊接在印刷電路板(PCB)上,而且整個系統(tǒng)都在封裝內(nèi)。X和Y軸的熱傳遞主要透過封裝周邊的焊點(diǎn)來傳遞,並傳遞到對稱的PCB上。但是,在z方向,由於晶片頂部存在焊點(diǎn)和對流,所以熱傳遞通過底部傳導(dǎo),熱量會透過空氣傳遞到封裝外。由於這種不匹配,z軸上會出現(xiàn)殘餘的溫差梯度。與物理壓縮/拉壓力一樣,這會使z軸上出現(xiàn)並非由加速度導(dǎo)致的偏移。


    受環(huán)境壓力影響的資料評述

    ADXL354(類比輸出)加速度計可以連接至任何類比數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)來實施數(shù)據(jù)分析,而ADXL355評估板經(jīng)過優(yōu)化,可直接放入客戶系統(tǒng)中,從而簡化了現(xiàn)有嵌入式系統(tǒng)的原型設(shè)計。為了闡明本文主旨,使用小型評估板EVAL-ADXL35x。為了記錄和分析資料,將EVAL-ADXL35x連接至SDP-K1微控制器板,並使用Mbed環(huán)境進(jìn)行編程。


    Mbed是適用於Arm微控制器板的開源和免費(fèi)開發(fā)環(huán)境,配有一個線上編譯器,可以幫助您快速建構(gòu)。SDP-K1板在連接至PC時,會顯示為外部驅(qū)動器。要對該板編程時,只需將編譯器產(chǎn)生的二進(jìn)位檔案拖放到SDP-K1驅(qū)動器中即可。[3,4]


    一旦Mbed系統(tǒng)透過UART記錄資料,就形成了一個基本的測試環(huán)境,可以嘗試進(jìn)行ADXL355實驗,並將輸出傳輸?shù)胶唵尾海渺队涗涃Y料和進(jìn)一步分析。需要注意的是,無論加速度計的輸出資料速率是多少,Mbed代碼都以2 Hz的速率記錄暫存器。而在Mbed中也可以採用更快的記錄速度。


    良好的初始資料集有助於確定基準(zhǔn)性能,並驗證後續(xù)進(jìn)行的大部分?jǐn)?shù)據(jù)分析,當(dāng)中可能出現(xiàn)的雜訊水準(zhǔn)。使用具有吸盤裝置的PanaVise鉸接式虎鉗[5],這樣將該設(shè)備黏附在玻璃表面時,就可以透過工作臺設(shè)定實現(xiàn)相當(dāng)穩(wěn)定的工作表面。採用這種配置,ADXL355板(從側(cè)面固定)與實驗室工作臺一樣穩(wěn)定。


    更進(jìn)階的電力用戶可能會注意到,安裝這種虎鉗雖然存在著傾翻的風(fēng)險,但這是一種簡單而經(jīng)濟(jì)的方法,可以根據(jù)重力改變方向。如圖2所示安裝ADXL355板之後,持續(xù)60秒採集一組資料進(jìn)行首次分析。


    圖2 : 使用EVAL-ADXL35x、SDP-K1和PanaVise支架的測試裝置。
    圖2 : 使用EVAL-ADXL35x、SDP-K1和PanaVise支架的測試裝置。
    圖3 : 未採用低通濾波器(暫存器 0x28=0x00)時的ADXL355資料,採集數(shù)據(jù)時長超過1分鐘。
    圖3 : 未採用低通濾波器(暫存器 0x28=0x00)時的ADXL355資料,採集數(shù)據(jù)時長超過1分鐘。

    取120個數(shù)據(jù)點(diǎn)並測量標(biāo)準(zhǔn)差,顯示雜訊在800 ug到1.1 mg之間。根據(jù)ADXL355的典型性能規(guī)格,可看到列出的雜訊密度為25 ug/√Hz。在預(yù)設(shè)的低通濾波器(LPF)設(shè)定下,加速度計的頻寬約為1000 Hz。假設(shè)採用磚牆式濾波器,此時雜訊大約為25 ug/√Hz ×√1000 Hz = 791 ug 。這個初始資料集通過了首次取樣測試。


    準(zhǔn)確地說,從雜訊譜密度向有效值雜訊的轉(zhuǎn)換採用的係數(shù)應(yīng)可以表示一個事實,即數(shù)位LPF不會無限滾降(亦即一個磚牆式濾波器)。有些使用1.6×係數(shù)可實現(xiàn)簡單的RC單極點(diǎn)20 dB/倍頻程滾降,但ADXL355數(shù)位低通濾波器不是單極點(diǎn)RC濾波器。無論如何,假設(shè)系數(shù)在1和1.6之間,至少可以正確預(yù)估雜訊近似值。


    對於許多精密感測應(yīng)用,相對於被測量的訊號,1000 Hz頻寬的範(fàn)圍過於寬大。為了幫助優(yōu)化頻寬和雜訊之間的折衷空間,ADXL355採用一個板載數(shù)位低通濾波器。在接下來的測試中,將LPF設(shè)定為4 Hz,這將使雜訊以√1000/√4 ? 16的雜訊係數(shù)降低。該測試在Mbed環(huán)境中使用圖4所示的簡單結(jié)構(gòu)完成,資料如圖5所示。[6] 6



    圖4 : 用於配置暫存器的 Mbed 代碼。
    圖4 : 用於配置暫存器的 Mbed 代碼。
    圖5 : LPF設(shè)定為4 Hz(暫存器 0x28=0x08)時的ADXL355資料,採集數(shù)據(jù)時長超過1分鐘。
    圖5 : LPF設(shè)定為4 Hz(暫存器 0x28=0x08)時的ADXL355資料,採集數(shù)據(jù)時長超過1分鐘。

    ?


    經(jīng)過濾波後,雜訊如預(yù)期一樣顯著下降。如表1所示。


    表1. ADXL355的預(yù)期雜訊和測量雜訊

     

    雜訊

             X

            Y

            Z

    理論值

    (ug)

    測量值

    (ug)

    理論值

    (ug)

    測量值

    (ug)

    理論值

    (ug)

    測量值

    (ug)

    無濾波器

    791

    923

    791

    1139

    791

    805

    4 Hz濾波器

    50

    58

    50

    185

    50

    63


    表1顯示,在目前設(shè)定下,y軸的雜訊高於預(yù)期的理論值。在調(diào)查了可能的原因後,發(fā)現(xiàn)額外的筆記型電腦和其他實驗室設(shè)備風(fēng)扇的振動,可能在y軸上表現(xiàn)為雜訊。為了驗證這一點(diǎn),轉(zhuǎn)動虎鉗,讓x軸到達(dá)y軸原先所在的位置,結(jié)果顯示,x軸成為雜訊更高的軸。軸與軸之間的雜訊差異則似乎是儀表雜訊,而不是加速度計各軸之間雜訊水準(zhǔn)本身的差異。這種類型的測試實際上是對低雜訊加速度計的「初始」測試,從而增強(qiáng)了進(jìn)一步測試的信心。


    為瞭解熱衝擊會對ADXL355造成多大影響,選用了一把熱風(fēng)槍[7],將它調(diào)整到冷風(fēng)模式(實際上比室溫高幾度),以便給加速度計施加熱壓力。亦使用ADXL355的板載溫度感測器來記錄溫度。


    在本次實驗中,使用虎鉗將ADXL355垂直放置,用熱風(fēng)槍對封裝頂部吹風(fēng)。預(yù)期實驗過程中偏移時的溫度系數(shù),會隨著晶片溫度的升高而顯現(xiàn),但任何溫差熱壓力幾乎會立即呈現(xiàn)出來。換句話說,如果單個檢測軸對溫差熱壓力很敏感,那麼加速度計輸出中可能出現(xiàn)大的起伏。刪除資料變化較為平緩時的平均值,就可輕鬆地同時比較三個軸。結(jié)果如圖6所示。


    圖6 : 使用採用冷風(fēng)模式的熱風(fēng)槍時, ADXL355 的熱衝擊資料。
    圖6 : 使用採用冷風(fēng)模式的熱風(fēng)槍時, ADXL355 的熱衝擊資料。

    從圖6中可以看出,用熱風(fēng)槍將溫度稍高的風(fēng)吹到密封型陶瓷封裝上。結(jié)果,z軸上出現(xiàn)~1500 μg的偏移,y軸上的偏移要小的多(可能為~100 ug),x軸上則幾乎無偏移。雖然許多最終客戶產(chǎn)品的PCB頂部有外殼,可以分散溫差熱壓力,但我們需要考慮這些類型的快速瞬變壓力,從這個簡單測試中可以看出,這些壓力可能會表現(xiàn)為偏移誤差。


    圖7顯示了關(guān)閉熱風(fēng)槍之後,呈現(xiàn)的相反的極性效應(yīng)。


    圖7 : 在 t = 240 秒關(guān)閉熱風(fēng)槍時,ADXL355受到的熱衝擊。
    圖7 : 在 t = 240 秒關(guān)閉熱風(fēng)槍時,ADXL355受到的熱衝擊。

    在加熱環(huán)境中使用熱風(fēng)槍時,這種效果更加明顯;即溫度衝擊的幅度更大時。Weller熱風(fēng)槍的輸出溫度約為攝氏400度,所以在使用時,需間隔一段距離,以免因為過熱或熱衝擊造成損壞。在本次測試中,熱風(fēng)槍在距離ADXL355大約15 cm的位置吹出熱風(fēng),導(dǎo)致溫度立即升高大約攝氏40度,如圖8所示。


    圖8 : 使用熱風(fēng)槍時,ADXL355受到的熱衝擊。
    圖8 : 使用熱風(fēng)槍時,ADXL355受到的熱衝擊。

    儘管熱衝擊的強(qiáng)度相當(dāng)大,但在本次實驗期間,仍然可以明顯看到,z軸的反應(yīng)速度要比x軸和y軸快得多。使用產(chǎn)品手冊中的偏移溫度係數(shù),當(dāng)溫度發(fā)生攝氏40度,偏移時,將會看到約100ug/攝氏度數(shù)×40度= 4 mg的偏移,x軸和y軸最終會顯示這一點(diǎn)。但是,發(fā)現(xiàn)z軸上幾乎立刻出現(xiàn)10 mg偏移,說明這種影響與溫度導(dǎo)致的偏移不同。這是由感測器上的溫差熱壓力/應(yīng)變造成的,在z軸上表現(xiàn)得最明顯,這是因為,如前文所述,相較於x和y軸,z軸上的感測器對溫差壓力更敏感。


    由於ADXL355的典型偏移溫度系數(shù)(失調(diào)溫度系數(shù))為+/-100 ug/攝氏度數(shù)。需要理解此處所用的測試方法,這非常重要,因為失調(diào)溫度系數(shù)是在烤箱中使用加速度計進(jìn)行測量的。在感測器的溫度範(fàn)圍內(nèi),烤箱溫度慢慢上升,測量偏移的斜度。典型示例如圖9所示。


    圖9 : ADXL355在烤箱中進(jìn)行測試的溫度特性。
    圖9 : ADXL355在烤箱中進(jìn)行測試的溫度特性。

    圖中顯示了兩種影響。一種是產(chǎn)品手冊描述和記錄的失調(diào)溫度系數(shù)。這是烤箱以攝氏5度/min的速度升溫,但不保溫的情況下,在攝氏–45度到+120度的溫度範(fàn)圍內(nèi)許多產(chǎn)品的平均值。


    從與圖9類似的圖表中可以得出此結(jié)果,且可以指出在高於攝氏165度時為18 mg,或約109 ug/攝氏度數(shù),稍微超出100 ug/攝氏度數(shù)典型值的範(fàn)圍,但仍在手冊規(guī)定的最小值和最大值範(fàn)圍內(nèi)。


    而考慮一下圖9右側(cè)所示的情況,讓元件在攝氏120度下保溫15分鐘會怎麼樣。當(dāng)設(shè)備處於高溫下時,實際的偏移量下降並改善。在這種情況下,平均值在高於攝氏165度時接近10 mg,或失調(diào)溫度係數(shù)約為60 ug/攝氏度數(shù)。產(chǎn)生的第二種影響與溫差熱壓力有關(guān),感測器檢測品質(zhì)塊在整個矽晶片元件的溫度範(fàn)圍內(nèi)穩(wěn)定下來後,壓力隨之降低。


    圖6至圖8所示的熱風(fēng)槍測試也顯示了這種影響,與產(chǎn)品手冊中列出的長期失調(diào)溫度係數(shù)相比,這種影響會在更短的時間量程內(nèi)顯現(xiàn),瞭解這一點(diǎn)非常重要。對於因受總體的熱動力學(xué)影響,升溫速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢於攝氏5度/分鐘的許多系統(tǒng)而言,上述發(fā)現(xiàn)相當(dāng)具有價值。


    影響ADXL355穩(wěn)定性的其他因素

    在深入理解設(shè)計中的熱壓力之後,還需瞭解慣性感測器的另一個重要方面,即其長期穩(wěn)定性或可重複性。可重複性是指在相同條件下長時間連續(xù)測量的準(zhǔn)確性。例如,在一段時間內(nèi),對相同溫度下同一方向的重力場進(jìn)行兩次測量,並觀察其匹配程度。對於無法定期實施維護(hù)校準(zhǔn)的應(yīng)用,在評估感測器的長期穩(wěn)定性時,偏移的可重複性和靈敏度是至關(guān)重要的因素。


    許多感測器製造商未在其產(chǎn)品手冊中描述或規(guī)定長期穩(wěn)定性。在ADI的ADXL355產(chǎn)品手冊中,可重複性為10年壽命預(yù)測值,包括高溫工作壽命測試(HTOL)(T A =攝氏150度、V SUPPLY = 3.6 V、1000小時)、測量溫度迴圈(攝氏?55度至+125度且迴圈1000次)、速度隨機(jī)遊走、寬頻雜訊和溫度遲滯引起的測量偏移。ADXL35x系列具有可重複性,ADXL355的X/Y感測器和Z感測器的精度分別為+/-2 mg和+/-3 mg。


    在穩(wěn)定的機(jī)械、環(huán)境和慣性條件下,可重複性遵循平方根定律,因為它與測量的時間有關(guān)。例如,要獲得x軸在兩年半的時間裡(對於最終產(chǎn)品來說,可能是很短的一段時間)的偏移可重複性,可以使用以下公式計算+/-2 mg ×√(2.5 years/10 years) = +/-1 mg。


    圖10顯示在23天內(nèi),32個元件的HTOL測試結(jié)果:偏移為0 g。在此圖中可以清楚地看到平方根定律。還應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是,由於MEMS感測器製造過程中的製程差異,每個元件的性能都不同,有些元件的性能優(yōu)於其他元件。


    圖10 : ADXL355長達(dá)500小時的長期穩(wěn)定性。
    圖10 : ADXL355長達(dá)500小時的長期穩(wěn)定性。

    機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計建議

    經(jīng)過上述分析探討,很明顯可以看出,機(jī)械安裝表面和外殼設(shè)計可以幫助提升ADXL355感測器的總體性能,因為它們會影響傳遞給感測器的物理壓力。一般來說,機(jī)械安裝、外殼和感測器會構(gòu)成一個二階(或更高階)系統(tǒng);因此,在諧振或過阻尼期間,它會做出不同的回應(yīng)。機(jī)械支援系統(tǒng)具有代表這些二階系統(tǒng)的模式(由諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)定義)。


    在大多數(shù)情況下,我們的目標(biāo)是瞭解這些因素,並儘量減少它們對傳感系統(tǒng)的影響。因此,選擇的感測器的封裝外形、所有介面和材料都應(yīng)該能夠避免在ADXL355應(yīng)用的頻寬內(nèi)造成機(jī)械衰減(因為過阻尼)或放大(因為諧振)。本文簡要列出一些實用項目:


    PCB、安裝和外殼


    ? 將PCB牢固地黏接在剛性襯底上。使用多個安裝螺釘,並在PCB背面使用黏膠,確保牢靠支援。


    ? 將感測器放置在靠近安裝螺釘或固定板的位置。如果PCB體積較大(約幾英寸),則在板中央使用多個安裝螺釘,避免PCB出現(xiàn)低頻振動,因為這種振動會影響加速度計的測量結(jié)果。


    ? 如果PCB只是由凹槽/凸沿結(jié)構(gòu)提供機(jī)械支撐,則使用更厚的PCB(推薦厚度大於2 mm)。在PCB尺寸較大時,增加其厚度來保持系統(tǒng)的剛性。使用有限元分析(例如ANSYS或類似分析),針對特定設(shè)計確定最佳PCB外形尺寸和厚度。


    ? 對於如對感測器實施長時間測量結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測之應(yīng)用,感測器的長期穩(wěn)定性至關(guān)重要。在選擇封裝、PCB和黏膠材料時,應(yīng)選擇在長時間內(nèi)性能下降或機(jī)械特性變化最小的產(chǎn)品,以免為感測器帶來額外的壓力,進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)偏移。


    ? 避免對外殼的固有頻率進(jìn)行假設(shè)。對簡單的外殼實施固有振動模型計算,對複雜的外殼設(shè)計進(jìn)行有限元分析,將會很有幫助。


    ? 將ADXL355和電路板焊接在一起會產(chǎn)生壓力,導(dǎo)致出現(xiàn)高達(dá)幾mg的偏移。為了減輕這種影響,建議PCB焊墊圖案、導(dǎo)熱片和銅走線導(dǎo)熱路徑採用對稱佈局。嚴(yán)格遵守焊接指南。我們還發(fā)現(xiàn),在某些情況下,在校準(zhǔn)前實施焊料退火或熱迴圈,可以幫助緩解壓力累積和幫助管理長期穩(wěn)定性問題。


    灌注材料

    灌注材料廣泛用於將電子元件固定在外殼內(nèi)。如果感測器封裝採用的是二次成型塑膠,例如連接盤網(wǎng)格陣列(LGA),則不建議使用灌注材料,因為它們的溫度係數(shù)(TC)與外殼材料不匹配,會導(dǎo)致壓力直接影響感測器,從而發(fā)生偏移。


    ADXL355採用氣密陶瓷封裝,可以有效保護(hù)感測器不受TC影響。但是,灌注材料可能仍會在PCB上形成壓力累積,這是因為隨著時間流逝,材料的性能會退化,導(dǎo)致矽晶片出現(xiàn)微小翹曲,在感測器上形成壓力。


    對於需要在長時間內(nèi)保持穩(wěn)定性的應(yīng)用,一般建議避免使用灌注。低壓力保形塗層(例如C型聚對二甲苯)可以提供一些防潮層,用於代替灌注。[8]


    氣流、熱傳遞和熱平衡

    為了達(dá)到最佳的感測器性能,需要在溫度穩(wěn)定性得到優(yōu)化的環(huán)境中設(shè)計、放置和使用檢測系統(tǒng),這非常重要。如本文所示,由於感測器晶片上存在溫差熱壓力,即使微小的溫度變化也可能導(dǎo)致意想不到的後果。


    以下為一些建議:


    ? 應(yīng)將感測器置於PCB上,以大幅降低感測器上的熱梯度。例如,線性穩(wěn)壓器會產(chǎn)生大量熱量;所以,它們在接近感測器時,會在MEMS上產(chǎn)生熱梯度,並且熱梯度將會隨著穩(wěn)壓器的電流輸出不同而變化。


    ? 盡可能將感測器模組部署在遠(yuǎn)離氣流(例如HVAC)的區(qū)域,以避免頻繁的溫度波動。如果不可行,在封裝外部或內(nèi)部採取熱隔離會大有幫助,可以透過熱絕緣實現(xiàn)。注意,傳導(dǎo)和對流熱路徑都需要考慮。


    ? 建議選擇外殼的熱品質(zhì),使其可以在無法避免環(huán)境熱變化的應(yīng)用中抑制環(huán)境熱波動。


    結(jié)論

    本文闡述了在未充分考慮環(huán)境和機(jī)械影響的情況下,高精度ADXL355加速度計的性能會如何下降。透過整體的設(shè)計實踐,同時關(guān)注系統(tǒng)級配置,將使敏銳的工程師可以達(dá)到卓越的感測器系統(tǒng)性能。許多人都承受著前所未有的生活壓力,但重要的是面對壓力時我們?nèi)绾我驊?yīng),加速度計也是如此。


    (本文作者Paul Perrault為ADI資深現(xiàn)場應(yīng)用工程師Mahdi Sadeghi為產(chǎn)品應(yīng)用工程師)


    參考資料

    [1] Chris Murphy。 “Choosing the Most Suitable MEMs Accelerometer for Your Application—Part 1.。” 《類比對話》,第51卷,第4期,2017年10月。


    [2] Chris Murphy。 “Accelerometer Tilt Measure Over Temperature and in the Presence of Vibration.。” 《類比對話》,2017年8月。


    [3] SDP-K1評估系統(tǒng)。ADI。


    [4] Mbed:SDP-K1使用者指南。ADI。


    [5] PanaVise鉸接式托架。PanaVise。


    [6] Mbed代碼。ADI。


    [7] Weller 6966C熱風(fēng)/冷風(fēng)槍。Weller。


    [8] Parylene。維基百科。


    相關(guān)文章
    ? 以馬達(dá)控制器ROS1驅(qū)動程式實現(xiàn)機(jī)器人作業(yè)系統(tǒng)
    ? AI伺服器驅(qū)動PCB材料與技術(shù)革新
    ? PCB智慧製造布局全球
    ? 探討用於工業(yè)馬達(dá)控制的CANopen 協(xié)定
    ? 確保機(jī)器人的安全未來:資安的角色
    comments powered by Disqus
      相關(guān)新聞
    » Discovery《臺灣無比精采:AI 科技島》即將首播 外宣臺灣科技實力
    » 應(yīng)材攜手全球45個非營利組織扎根STEAM教育 賦能新世代人才科技創(chuàng)造力
    » 工研院 VLSI TSA國際研討會登場 聚焦高效能運(yùn)算、矽光子、量子計算
    » 經(jīng)濟(jì)部與顯示業(yè)瞄準(zhǔn)先進(jìn)封裝需求 首創(chuàng)面板級全濕式解決方案
    » SEMI:2025年全球晶圓廠設(shè)備投資破千億 晶背供電、2nm技術(shù)可望量產(chǎn)
      相關(guān)產(chǎn)品
    » ADI擴(kuò)充CodeFusion Studio解決方案 加速產(chǎn)品開發(fā)並確保資料安全
    » 意法半導(dǎo)體推出適用M2M及與GSMA相容的eSIM卡晶片
    » ADI新款Nanopower一次電池健康狀態(tài)監(jiān)視器整合精密庫侖計數(shù)器
    » 意法半導(dǎo)體8x8區(qū)測距飛行時間感測器創(chuàng)新應(yīng)用
    » 意法半導(dǎo)體 LED電視200W數(shù)位電源解決方案滿足節(jié)能設(shè)計高標(biāo)準(zhǔn)

    ?
    刊登廣告 新聞信箱 讀者信箱 著作權(quán)聲明 隱私權(quán)聲明 本站介紹

    Copyright ©1999-2025 遠(yuǎn)播資訊股份有限公司版權(quán)所有 Powered by O3
    地址:臺北數(shù)位產(chǎn)業(yè)園區(qū)(digiBlock Taipei) 103臺北市大同區(qū)承德路三段287-2號A棟204室
    電話 (02)2585-5526 #0 轉(zhuǎn)接至總機(jī) / E-Mail: webmaster@hope.com.tw
    主站蜘蛛池模板: 文水县| 伊吾县| 成武县| 延长县| 沁阳市| 基隆市| 临汾市| 乌兰浩特市| 偏关县| 神池县| 霍城县| 会泽县| 阳江市| 台州市| 松阳县| 隆德县| 威海市| 唐山市| 靖西县| 哈密市| 和田县| 什邡市| 漠河县| 商河县| 公安县| 曲阜市| 南江县| 宝兴县| 厦门市| 辽宁省| 息烽县| 灯塔市| 大理市| 进贤县| 宣武区| 吉安市| 肃宁县| 新巴尔虎左旗| 永顺县| 永平县| 资源县|