創(chuàng)新影響追蹤：MEMS傳感器如何改變游戲規(guī)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(cè)量低速率加速度和高強(qiáng)度沖擊。微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）傳感器是一種緊湊型設(shè)備，能夠提供對(duì)物理參數(shù)的精確且可靠的測(cè)量。它們?cè)诒姸嘈袠I(yè)中都至關(guān)重要。例如，MEMS加速度計(jì)的應(yīng)用范圍廣泛，從消費(fèi)電子到工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療保健以及汽車(chē)系統(tǒng)都有涉及。

MEMS傳感器將機(jī)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(nèi)。

MEMS加速度計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵特性是其能夠在廣泛的輸入范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量和響應(yīng)，從逐漸變化的加速度到高強(qiáng)度沖擊。ST公司的傳感器通常采用電容式傳感機(jī)制來(lái)檢測(cè)物理參數(shù)的變化。當(dāng)將其集成到電子系統(tǒng)中時(shí)，它們能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理，從而對(duì)沖擊事件做出即時(shí)響應(yīng)。高強(qiáng)度沖擊是指在短時(shí)間內(nèi)施加于人、物體或系統(tǒng)上的加速度。在許多應(yīng)用中，準(zhǔn)確測(cè)量和分析這些沖擊對(duì)于監(jiān)測(cè)性能、檢測(cè)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(yīng)速度快等特點(diǎn)，非常適合用于這一任務(wù)。

準(zhǔn)確測(cè)量沖擊面臨諸多挑戰(zhàn)

MEMS傳感器在準(zhǔn)確測(cè)量高強(qiáng)度沖擊時(shí)面臨諸多挑戰(zhàn)。解決這些挑戰(zhàn)對(duì)于優(yōu)化MEMS傳感器在高沖擊應(yīng)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(dǎo)致慣性信息丟失以及錯(cuò)過(guò)高加速度事件。這可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不完整或不準(zhǔn)確。此外，范圍與精度之間存在固有的權(quán)衡。低g傳感器在有限的范圍內(nèi)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(tái)單獨(dú)的設(shè)備來(lái)分別檢測(cè)高g和低g加速度。使用兩臺(tái)設(shè)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(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。此外，它還會(huì)顯著消耗電池電量，這對(duì)于便攜式和其他電池供電的應(yīng)用來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)。

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(jī)械結(jié)構(gòu)，能夠在單一集成解決方案中準(zhǔn)確且高效地測(cè)量高加速度和低加速度。該結(jié)構(gòu)在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)封裝內(nèi)集成了一個(gè)陀螺儀和兩個(gè)加速度計(jì)，其中一個(gè)加速度計(jì)的量程可達(dá)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(tǒng)設(shè)計(jì)。

ST公司的LSM6DSV80X慣性測(cè)量單元（IMU）的機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)包含兩個(gè)加速度計(jì)：一個(gè)量程為16 g（低g加速度計(jì)）和另一個(gè)量程超過(guò)80 g（高g加速度計(jì)）。該IMU傳感器的數(shù)字組件消除了對(duì)主機(jī)處理器持續(xù)干預(yù)的需求。

其先進(jìn)功能包括：

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

• 傳感器融合。

• 自適應(yīng)自配置（ASC）。

  
  

IMU具備邊緣處理功能以及兩個(gè)加速度計(jì)和一個(gè)陀螺儀。

上述創(chuàng)新共同助力傳感器穩(wěn)定運(yùn)行，并提供關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)和沖擊事件的有價(jià)值見(jiàn)解。除了提升加速度測(cè)量的精度和范圍外，該設(shè)計(jì)還顯著降低了系統(tǒng)功耗，使其成為眾多應(yīng)用的優(yōu)選。

高強(qiáng)度沖擊追蹤的新興應(yīng)用

高強(qiáng)度IMU為多個(gè)行業(yè)帶來(lái)了創(chuàng)新應(yīng)用。在總結(jié)本文之前，讓我們探討其中的一些應(yīng)用。

個(gè)人電子設(shè)備

在智能手機(jī)、平板電腦和智能手表中應(yīng)用的高沖擊IMU能夠檢測(cè)跌落，從而觸發(fā)諸如收回硬盤(pán)或鎖定屏幕等保護(hù)措施。它們還可以提供汽車(chē)碰撞檢測(cè)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(cè)快速運(yùn)動(dòng)和沖擊，提供更具沉浸感和響應(yīng)性的游戲體驗(yàn)。智能標(biāo)簽利用高沖擊IMU提供實(shí)時(shí)跟蹤和沖擊監(jiān)測(cè)，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(shù)據(jù)記錄儀可用于黑匣子和兒童安全座椅。它們?cè)谑鹿势陂g記錄數(shù)據(jù)，幫助了解事故原因并提供關(guān)于沖擊強(qiáng)度的詳細(xì)信息。工業(yè)物流公司、航運(yùn)服務(wù)和運(yùn)輸提供商利用高沖擊IMU監(jiān)測(cè)物品是否受損。為危險(xiǎn)環(huán)境中的工作人員配備的可穿戴設(shè)備中的IMU能夠檢測(cè)跌倒或沖擊，觸發(fā)緊急響應(yīng)，從而增強(qiáng)工作場(chǎng)所的安全性。

醫(yī)療保健

為老年人或殘疾人設(shè)計(jì)的可穿戴設(shè)備利用高沖擊IMU檢測(cè)跌倒，并及時(shí)向護(hù)理人員或緊急服務(wù)發(fā)出警報(bào)。IMU還可以用于監(jiān)測(cè)物理治療練習(xí)中的沖擊，確保正確的技術(shù)動(dòng)作，并可能在康復(fù)期間預(yù)防受傷。

體育運(yùn)動(dòng)

專(zhuān)業(yè)和業(yè)余運(yùn)動(dòng)員使用的帶有高沖擊傳感器的可穿戴設(shè)備能夠追蹤表現(xiàn)并檢測(cè)受傷情況。這些可穿戴設(shè)備幫助他們優(yōu)化訓(xùn)練并防止長(zhǎng)期損傷。例如，嵌入頭盔中的傳感器可以監(jiān)測(cè)和記錄沖擊。通過(guò)提供關(guān)于沖擊力度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，它們有助于預(yù)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(yīng)用中，高強(qiáng)度沖擊慣性測(cè)量單元（IMU）的集成標(biāo)志著技術(shù)的重大進(jìn)步?，F(xiàn)代IMU的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和先進(jìn)功能確保了測(cè)量的準(zhǔn)確性、性能的穩(wěn)定性，同時(shí)最大限度地減少了功耗。隨著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(yīng)用，從而改善各個(gè)行業(yè)的成果。沖擊追蹤和測(cè)量的未來(lái)前景光明，而高強(qiáng)度沖擊IMU將處于這一領(lǐng)域的前沿。