Die Präzision von analogen MEMS-Beschleunigungsmessern für fortschrittliche Bewegungserfassung

Einführung

Analoge MEMS-Beschleunigungsaufnehmer sind hochentwickelte Bewegungs- und Schwingungsmessgeräte mit einem breiten Spektrum an nützlichen Funktionen und Anwendungen. In dieser umfassenden Einführung werden wir untersuchen, was analoge MEMS-Beschleunigungsmesser zu einer hervorragenden Wahl für Beschleunigungs- und Neigungsmessungen macht.

Die wichtigsten technischen Vorteile

• Ultra Low Noise - Analoge MEMS-Beschleunigungssensoren erreichen dank innovativer MEMS-Sensordesigns, die das mechanische Rauschen minimieren, Rauschwerte von nur 2,5 μg/√Hz. Spezielle rauscharme ASICs reduzieren das elektrische Rauschen durch hochauflösende Analog-Digital-Wandlung und fortschrittliche Filterung weiter. Dies ermöglicht die Erkennung extrem feiner Bewegungen und Vibrationen.
• Großer Dynamikbereich - Bereiche von mehr als ±2g/±3g ermöglichen die gleichzeitige Messung von starken Stoßimpulsen und winzigen Mikrobewegungen mit hoher Wiedergabetreue. Der größere Dynamikbereich stellt sicher, dass kritische Spitzenereignisse erfasst werden, ohne dass der Sensor in die Sättigung gerät, und löst gleichzeitig kleine Signale auf, was für Anwendungen wie die Überwachung von Maschinen unerlässlich ist.
• DC Antwort - Analoge MEMS-Beschleunigungsaufnehmer messen sowohl dynamische AC-Beschleunigungen als auch konstante DC-Beschleunigungen, die für eine genaue Neigungs- und Neigungserfassung entscheidend sind. Der DC-gekoppelte analoge Signalpfad sorgt für einen zur Beschleunigung proportionalen Spannungsausgang, selbst bei längerer konstanter Beschleunigung.
• Schnelle Reaktionszeit - Die hochmoderne MEMS-Fertigung ermöglicht eine präzise Messung kurzer Transienten, die mit Stößen und Hochgeschwindigkeitsereignissen verbunden sind. Dieses Reaktionsvermögen erleichtert die Schwingungsanalyse und die Untersuchung von Stößen.
• Geringe Drift über die Temperatur - Onboard-Kompensationsverfahren sorgen für eine außergewöhnliche Stabilität der Vorspannung und Empfindlichkeit über die Temperatur, bis hinunter zu 0,2 mg/°C. Dies minimiert die Auswirkungen von thermischen Veränderungen auf die Messgenauigkeit und ist ideal für Anwendungen mit großen Temperaturschwankungen.

Ideal für kritische Anwendungen

- Schwingungsanalyse - Geringes Rauschen, große Bandbreite und schnelle Reaktionszeit ermöglichen es analogen MEMS-Beschleunigungssensoren, kleinste Schwingungen in rotierenden Maschinen für die Zustandsüberwachung und vorausschauende Wartung zu erkennen. Die Frequenzanalyse identifiziert problematische Resonanzen.

- Strukturelle Überwachung - Analoge MEMS-Beschleunigungsaufnehmer überwachen kontinuierlich Gebäude, Brücken, Windkraftanlagen und andere Bauwerke auf seismische Ereignisse, Schäden und Neigungsänderungen mit hervorragender Präzision.

- Plattformstabilisierung - Präzises Echtzeit-Beschleunigungsfeedback ermöglicht die aktive Stabilisierung von luft-, see- und bodengestützten Plattformen und Steuerungssystemen auch unter schwierigen Bedingungen.

- Aufprall- und Schockerkennung - Die Kombination aus geringem Rauschen, großem Dynamikbereich und schnellem Ansprechverhalten erleichtert die Erkennung, Analyse und Aufzeichnung von Aufprallereignissen mit geringer bis hoher G-Belastung, z. B. bei Autounfällen, Sportstößen und herunterfallenden Paketen.

- Neigungsmessung - Hervorragendes Gleichstromverhalten ermöglicht genaue statische Neigungsmessungen zur Überwachung von Neigungsänderungen in Anwendungen wie Industrierobotern, Schwermaschinen, Baumaschinen und mehr.

Spezialisierte MEMS- und ASIC-Design-Innovationen

- Einzigartige mechanische Sensorkonstruktionen wie vollständige Zwei- und Drei-Achsen-Konfigurationen in einem einzigen MEMS-Modul ermöglichen 2D- oder 3D-Messungen mit einem Sensor. Robuste Designs widerstehen starken Stößen.

- Moderne MEMS-Fertigungstechniken wie Mikrobearbeitung mit hohem Aspektverhältnis, reaktives Ionenätzen, Wafer-Bonden und Vakuumversiegelung führen zu hochpräzisen Trägheitssensoren mit ausgezeichneter Leistungskonstanz.

- Kundenspezifische rauscharme ASICs mit integrierter Intelligenz wie DSP-Filterung, Temperaturkompensation und Kalibrierungsalgorithmen liefern saubere, kalibrierte Beschleunigungssignale mit ausgezeichneter Präzision.

Flexible Programmierung und Kommunikation

- Selbsttest, automatische Nullkalibrierung und einstellbare Filtereinstellungen ermöglichen die Programmierung jedes Sensors für ein optimales Gleichgewicht von Präzision, Bandbreite und Aktualisierungsrate.

- Zwei- und dreiachsige Modelle bieten praktische Beschleunigungsmessungen für mehrere Achsen über eine einzige digitale oder analoge Schnittstelle.

Robustes Design für industrielle Umgebungen

- Die hermetische Versiegelung sorgt für eine langfristige Leistungsstabilität trotz ständiger Temperaturschwankungen und Feuchtigkeitseinwirkung. Strenge Qualitätskontrollstandards beschleunigen die Prüfung und Validierung.

- Screening auf Komponentenebene, Burn-in-Tests auf Chargenebene und Endtests auf Geräteebene stellen sicher, dass jeder Sensor die strengen Leistungsspezifikationen für Ansprechverhalten, Rauschen, Null-G-Verschiebung, Empfindlichkeit und mehr erfüllt.

Spezialisierte Modelle für unterschiedliche Anwendungen

• Modelle für niederfrequente Schwingungen, die für die Maschinenüberwachung optimiert sind, mit einem Grundrauschen von nur 2,5 μg/√Hz und mehrstufiger Filterung für saubere niederfrequente Signale.
• Dreiachsige Beschleunigungssensoren in Chip-Gehäusen, ideal für die Orientierungsmessung in tragbaren und batteriebetriebenen Geräten.
• RoHS-konforme "grüne" Modelle erfüllen strenge Umweltnormen zur Reduzierung gefährlicher Stoffe.

Spezifische Anwendungen

Hochgeschwindigkeitsbahn

Analoge MEMS-Beschleunigungsaufnehmer werden häufig in Hochgeschwindigkeitszügen zur Bewegungssteuerung, Zustandsüberwachung und für Sicherheitssysteme eingesetzt. Beschleunigungssensoren, die an wichtigen Zugkomponenten wie Rädern, Getrieben, Motoren und Aufhängungen angebracht sind, messen Schwingungen, um entstehende Fehler frühzeitig zu erkennen, bevor es zu katastrophalen Ausfällen kommt. Die Kombination aus geringem Rauschen, Gleichstromansprechverhalten und schneller Einschwingzeit ermöglicht die Auflösung von Schwingungsfrequenzen, um den Beginn einer Verschlechterung zu erkennen. Vernetzte Beschleunigungssensoren entlang des Zuges ermöglichen eine umfassende Analyse des Systemzustands.

Für den Komfort der Fahrgäste liefern Beschleunigungssensoren Echtzeit-Feedback über die Fahrqualität, um die Zugfederung aktiv zu stabilisieren und die Reisekrankheit zu minimieren. Präzise Neigungsdaten steuern Neigezüge bei hohen Geschwindigkeiten. Systeme zur Unfallvermeidung setzen Airbags auf der Grundlage von Aufprallmessungen ein. Dank ihrer Langlebigkeit, ihres Betriebs bis zu 85 °C und ihrer Widerstandsfähigkeit gegen elektrisches Rauschen arbeiten analoge MEMS-Beschleunigungssensoren auch unter schwierigen Betriebsbedingungen zuverlässig. Ihre präzisen Trägheitsdaten tragen dazu bei, dass Hochgeschwindigkeitszüge sicher, reibungslos und effizient funktionieren.

Erdbebenüberwachung

Bei der Erdbebenfrühwarnung und der Charakterisierung von Ereignissen erfassen analoge MEMS-Beschleunigungsmesser erste P-Wellen, bevor zerstörerische S- und Oberflächenwellen eintreffen. Ihr geringes Rauschen und ihr großer Dynamikbereich lösen Bodenbewegungen von Mikroseismizität bis hin zu schweren Erschütterungen auf. Beschleunigungsmesser entlang großer Verwerfungslinien können Sekunden bis Dutzende von Sekunden Vorwarnzeit bieten, so dass Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden können. Große Sensornetzwerke, die mehrere tektonische Plattengrenzen abdecken, helfen Geophysikern, die Ausbreitung von Erdbeben zu visualisieren und Modelle zu verbessern. Die präzisen, genauen Messungen widerstehen den enormen Bodenbeschleunigungen und lang anhaltenden Erschütterungen bei großen seismischen Ereignissen. Analoge MEMS-Beschleunigungsmesser tragen weltweit zu einer besseren Erdbebenvorbereitung und -bekämpfung bei.

Strukturelle Gesundheitsüberwachung

Analoge MEMS-Beschleunigungsaufnehmer sind eine Schlüsseltechnologie für die umfassende Überwachung des baulichen Zustands von kritischen Gebäuden, Brücken, Dämmen, Windturbinen und mehr. Durch die dauerhafte Installation eines ausgedehnten Netzes von Beschleunigungssensoren an der gesamten Struktur können Ingenieure kontinuierlich auf entstehende Schäden und Verschlechterungen achten, bevor sie ein Sicherheitsrisiko darstellen.

Die Beschleunigungsmesser erkennen feine Vibrationen und strukturelle Bewegungen in der Größenordnung von Mikrometern. Sehr niedrige Rauschpegel bis zu nur 2,5 μg/√Hz ermöglichen die Auflösung selbst kleinster Resonanzen, Ausdehnungen und Verschiebungen. Der gleichstromgekoppelte Analogausgang erleichtert die Messung allmählicher Fundamentabsenkungen und langfristiger Neigungsänderungen, die über Monate oder Jahre hinweg auftreten können.

Ingenieure sammeln riesige Mengen von Schwingungsmusterdaten sowohl unter Umgebungsbedingungen als auch unter angeregten strukturellen Belastungsbedingungen. Fortschrittliche Signalverarbeitung und Modalanalyse helfen bei der Identifizierung problematischer struktureller Resonanzen, die sich durch Rissbildung oder Gelenkverschleiß verschlimmern können. Die Datenfusion von Hunderten von verteilten Sensoren liefert Informationen für analytische Strukturmodelle.

Die robusten, kompakten MEMS-Beschleunigungsmessernetze bleiben jahrzehntelang rund um die Uhr einsatzbereit. Ihre Robustheit gegenüber elektromagnetischen Störungen und großen Temperaturschwankungen ermöglicht die dauerhafte Einbettung in Beton oder die Befestigung auf Stahl. Regelmäßige hochfrequente Abtastungen liefern tiefe Einblicke in die sich entwickelnden Schwingungssignaturen des Bauwerks während seines gesamten Lebenszyklus.

Durch die frühzeitige Erkennung von Problemen können die Eigentümer durch Reparaturen, Nachrüstungen oder betriebliche Anpassungen präventive Maßnahmen ergreifen, um katastrophale Einbrüche zu vermeiden. Analoge MEMS-Beschleunigungsmessernetzwerke liefern somit unschätzbare Daten zur Verlängerung der sicheren Funktionsdauer kritischer Infrastrukturen.

Zusammenfassung

Zusammengefasst, analoge MEMS-Beschleunigungssensoren bieten eine unübertroffene Leistung für Präzisionsbewegungsmessungen. Ihr extrem geringes Rauschen, ihr großer dynamischer Bereich, ihr Gleichstromverhalten, ihre schnelle Einschwingzeit und ihre robuste Toleranz gegenüber extremen Umgebungen machen sie zu einer hervorragenden Wahl für kritische Anwendungen, die von der Überwachung des Maschinenzustands über die Bewertung des Strukturzustands bis hin zur Stabilisierung von Plattformen, Aufpralltests und mehr reichen. Die optimierten MEMS-Sensor- und ASIC-Designs liefern zuverlässige, genaue Beschleunigungsdaten aus der realen Welt, um die Infrastruktur zu schützen, die Betriebszeit von Anlagen zu maximieren, die wissenschaftliche Forschung voranzutreiben und letztendlich die Sicherheit zu verbessern. Für Projekte, die Inertialmessungen von höchster Qualität erfordern, sind analoge MEMS-Beschleunigungssensoren die ideale Lösung für die Beschleunigungsmessung.

Mit ihrer einzigartigen Kombination aus extrem geringem Rauschen, großem Dynamikbereich, Gleichstromverhalten, schnellen Einschwingzeiten und robuster Umweltverträglichkeit liefern die heutigen analogen MEMS-Beschleunigungsmesser hochpräzise Beschleunigungsmessungen, die mit anderen Sensordesigns nicht möglich sind. Ihre optimierten MEMS- und ASIC-Designs bieten zuverlässige Schwingungsanalyse, Bewegungsmessung, Plattformstabilisierung, Stoßerkennung und Neigungsüberwachung für die anspruchsvollsten Anwendungen. Mit flexiblen Programmieroptionen und robusten Designs, die auch extremen Umgebungen standhalten, reduzieren analoge MEMS-Beschleunigungssensoren die Ausfallzeiten und liefern Wissenschaftlern, Ingenieuren und Forschern präzise Bewegungsdaten aus der realen Welt, auf deren Grundlage intelligentere und sicherere Designs entwickelt werden können. Für Projekte, die die höchste Qualität der Beschleunigungsmessung erfordern, analoge MEMS-Beschleunigungssensoren sind eine ideale Wahl.