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基于MEMS的传感器

简介：

得益于微机电系统 (MEMS) 技术，惯性传感器、环境传感器等许多传感设备得以实现小型化，并以最小功耗运行。从传感器的设计到实现，在这整个过程中，一个重要步骤是 MEMS 结构行为的表征。我们通常会为此开发专用集成电路 (ASIC)，但这种方式会使得迭代传感器的开发过程变得繁琐且耗时。因此，有必要为 MEMS 器件找到一种快速、全面的表征方法。

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应用说明测量策略选择推荐产品的优势

应用说明

相关产品：SHFLI，GHFLI，UHFLI， HF2LI， MFLI， MFIA

得益于微机电系统 (MEMS) 技术，惯性传感器、环境传感器等许多传感设备得以实现小型化，并以最小功耗运行。从传感器的设计到实现，在这整个过程中，一个重要步骤是 MEMS 结构行为的表征。我们通常会为此开发专用集成电路 (ASIC)，但这种方式会使得迭代传感器的开发过程变得繁琐且耗时。因此，有必要为 MEMS 器件找到一种快速、全面的表征方法。

测量策略

为全面了解传感器的行为，有必要研究 MEMS 结构在驱动信号影响下或因感应环境变化而产生的响应。为覆盖广泛的参数范围，需要进行以下几项测量。

一、频率响应分析测量

频率响应分析，是一项至关重要的测量。这用于寻找最佳驱动信号，以最大程度发挥传感器的性能。同时也有助于实现传感器的共振和边带表征。主流的测量方式要求扫描驱动信号的参数，这可由参数扫描仪实现。另外，也可以使用参数谐振的方式监测传感器谐振频率的快速变化。啁啾信号的FFT能提供高的频谱分辨率和时间分辨率。

本图展示了如何使用 LabOne 扫描仪工具来进行传感器共振的表征。

二、阶跃响应测量

阶跃响应测量可反映传感器因驱动信号或环境因素变化而发生的行为。这些时间分辨测量可以揭示传感器的阻尼、品质因数等结构特性。

通过使用多个解调器，可以同时监测不同阻尼的 MEMS 结构，如图中所示的振铃测量实验。

三、阻抗分析测量

阻抗分析被用于 MEMS 器件换能器结构的表征：阻抗不仅取决于结构，还由驱动信号和环境条件决定。因此，准确的测量至关重要。

MFIA 阻抗分析仪或 MFLI 锁相放大器的 MF-IA 选件提供高垂直精度和时间分辨率测量，使得环境快速变化对传感器电容（橙色曲线）和电阻（蓝绿色曲线）的影响得以量化。

四、闭环传感器控制测量

闭环传感器控制使得传感器保持其最佳状态。其实现方式是，利用锁相环 (PLL) 锁定传感器相位，或者利用比例积分微分 (PID) 控制器锁定其他参数（如幅度）。此类锁定方案也会显著增加测量带宽。

本图中显示的时间轨迹记录了自动增益控制如何通过关闭 PLL（蓝色轨迹）和 PID（橙色轨迹）来稳定传感器。

选择推荐产品的优势

━ 上述所有测量方案都可以使用苏黎世仪器的锁相放大器来实施和测试，因此无需进行颇为耗时的 ASIC 开发：充分利用一体化方案来服务您的 MEMS 传感器应用。

━ 可在单台仪器中利用多个解调器和振荡器来同时跟踪、控制若干共振。

━ 苏黎世仪器的模拟电路提供多个输入量程，以最大限度减少输入噪声并提高周期性信号的信噪比。

━ 在数据采集模块 (DAQ) 的支持下，借助仪器配套的 LabOne 软件及其支持 Python、C 语言、MATLAB®、LabVIEW™ 和 .NET 的应用程序编程接口，可实现测量流程的自动化。

━ 通过 USB 或 GbE 连接实现快速的数字数据传输，让您可以轻松记录测量结果，而无需额外的数字转换卡。

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