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基于MEMS的傳感器

簡介：

得益于微機電系統(tǒng) (MEMS) 技術，慣性傳感器、環(huán)境傳感器等許多傳感設備得以實現小型化，并以最小功耗運行。從傳感器的設計到實現，在這整個過程中，一個重要步驟是 MEMS 結構行為的表征。我們通常會為此開發(fā)專用集成電路 (ASIC)，但這種方式會使得迭代傳感器的開發(fā)過程變得繁瑣且耗時。因此，有必要為 MEMS 器件找到一種快速、全面的表征方法。

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應用說明測量策略選擇推薦產品的優(yōu)勢相關產品

應用說明

相關產品：SHFLI，GHFLI，UHFLI， HF2LI， MFLI， MFIA

測量策略

為全面了解傳感器的行為，有必要研究 MEMS 結構在驅動信號影響下或因感應環(huán)境變化而產生的響應。為覆蓋廣泛的參數范圍，需要進行以下幾項測量。

一、頻率響應分析測量

頻率響應分析，是一項至關重要的測量。這用于尋找最佳驅動信號，以最大程度發(fā)揮傳感器的性能。同時也有助于實現傳感器的共振和邊帶表征。主流的測量方式要求掃描驅動信號的參數，這可由參數掃描儀實現。另外，也可以使用參數諧振的方式監(jiān)測傳感器諧振頻率的快速變化。啁啾信號的FFT能提供高的頻譜分辨率和時間分辨率。

本圖展示了如何使用 LabOne 掃描儀工具來進行傳感器共振的表征。

二、階躍響應測量

階躍響應測量可反映傳感器因驅動信號或環(huán)境因素變化而發(fā)生的行為。這些時間分辨測量可以揭示傳感器的阻尼、品質因數等結構特性。

通過使用多個解調器，可以同時監(jiān)測不同阻尼的 MEMS 結構，如圖中所示的振鈴測量實驗。

三、阻抗分析測量

阻抗分析被用于 MEMS 器件換能器結構的表征：阻抗不僅取決于結構，還由驅動信號和環(huán)境條件決定。因此，準確的測量至關重要。

MFIA 阻抗分析儀或 MFLI 鎖相放大器的 MF-IA 選件提供高垂直精度和時間分辨率測量，使得環(huán)境快速變化對傳感器電容（橙色曲線）和電阻（藍綠色曲線）的影響得以量化。

四、閉環(huán)傳感器控制測量

閉環(huán)傳感器控制使得傳感器保持其最佳狀態(tài)。其實現方式是，利用鎖相環(huán) (PLL) 鎖定傳感器相位，或者利用比例積分微分 (PID) 控制器鎖定其他參數（如幅度）。此類鎖定方案也會顯著增加測量帶寬。

本圖中顯示的時間軌跡記錄了自動增益控制如何通過關閉 PLL（藍色軌跡）和 PID（橙色軌跡）來穩(wěn)定傳感器。

選擇推薦產品的優(yōu)勢

━ 上述所有測量方案都可以使用蘇黎世儀器的鎖相放大器來實施和測試，因此無需進行頗為耗時的 ASIC 開發(fā)：充分利用一體化方案來服務您的 MEMS 傳感器應用。

━ 可在單臺儀器中利用多個解調器和振蕩器來同時跟蹤、控制若干共振。

━ 蘇黎世儀器的模擬電路提供多個輸入量程，以最大限度減少輸入噪聲并提高周期性信號的信噪比。

━ 在數據采集模塊 (DAQ) 的支持下，借助儀器配套的 LabOne 軟件及其支持 Python、C 語言、MATLAB?、LabVIEW? 和 .NET 的應用程序編程接口，可實現測量流程的自動化。

━ 通過 USB 或 GbE 連接實現快速的數字數據傳輸，讓您可以輕松記錄測量結果，而無需額外的數字轉換卡。

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