我們探索了一種新的MEMS技術(shù)的潛在影響，該技術(shù)能夠可靠地測量低速率加速度和高強度沖擊。微機電系統(tǒng)（MEMS）傳感器是一種緊湊型設(shè)備，能夠提供對物理參數(shù)的精確且可靠的測量。它們在眾多行業(yè)中都至關(guān)重要。例如，MEMS加速度計的應(yīng)用范圍廣泛，從消費電子到工業(yè)自動化、醫(yī)療保健以及汽車系統(tǒng)都有涉及。

MEMS傳感器將機械組件和電氣組件集成在一個無引腳四方扁平（LGA）封裝內(nèi)。

MEMS加速度計的一個關(guān)鍵特性是其能夠在廣泛的輸入范圍內(nèi)進行測量和響應(yīng)，從逐漸變化的加速度到高強度沖擊。ST公司的傳感器通常采用電容式傳感機制來檢測物理參數(shù)的變化。當(dāng)將其集成到電子系統(tǒng)中時，它們能夠?qū)崿F(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集和處理，從而對沖擊事件做出即時響應(yīng)。高強度沖擊是指在短時間內(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)確測量和分析這些沖擊對于監(jiān)測性能、檢測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，非常適合用于這一任務(wù)。

準(zhǔn)確測量沖擊面臨諸多挑戰(zhàn)

MEMS傳感器在準(zhǔn)確測量高強度沖擊時面臨諸多挑戰(zhàn)。解決這些挑戰(zhàn)對于優(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。一個重大問題是由于傳感器飽和導(dǎo)致慣性信息丟失以及錯過高加速度事件。這可能會導(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單獨的設(shè)備來分別檢測高g和低g加速度。使用兩臺設(shè)備雖然有助于捕捉廣泛的加速度范圍，但也會增加所需的印刷電路板（PCB）空間和系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性。此外，它還會顯著消耗電池電量，這對于便攜式和其他電池供電的應(yīng)用來說是一個挑戰(zhàn)。

創(chuàng)新解決方案

ST公司推出了一種新的傳感器技術(shù)，有望解決上述問題。該技術(shù)采用創(chuàng)新的MEMS機械結(jié)構(gòu)，能夠在單一集成解決方案中準(zhǔn)確且高效地測量高加速度和低加速度。該結(jié)構(gòu)在一個標(biāo)準(zhǔn)封裝內(nèi)集成了一個陀螺儀和兩個加速度計，其中一個加速度計的量程可達16 g，另一個則超過80 g，從而優(yōu)化了空間并簡化了系統(tǒng)設(shè)計。

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

其先進功能包括：

• 邊緣處理，包括有限狀態(tài)機（FSM）和機器學(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加速度計和一個陀螺儀。

上述創(chuàng)新共同助力傳感器穩(wěn)定運行，并提供關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)運動和沖擊事件的有價值見解。除了提升加速度測量的精度和范圍外，該設(shè)計還顯著降低了系統(tǒng)功耗，使其成為眾多應(yīng)用的優(yōu)選。

高強度沖擊追蹤的新興應(yīng)用

高強度IMU為多個行業(yè)帶來了創(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。

個人電子設(shè)備

在智能手機、平板電腦和智能手表中應(yīng)用的高沖擊IMU能夠檢測跌落，從而觸發(fā)諸如收回硬盤或鎖定屏幕等保護措施。它們還可以提供汽車碰撞檢測等關(guān)鍵信息，確保及時獲得援助。在游戲控制器中，IMU通過檢測快速運動和沖擊，提供更具沉浸感和響應(yīng)性的游戲體驗。智能標(biāo)簽利用高沖擊IMU提供實時跟蹤和沖擊監(jiān)測，確保其所附物品的安全、安保和完整性。汽車

在汽車行業(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。它們在事故期間記錄數(shù)據(jù)，幫助了解事故原因并提供關(guān)于沖擊強度的詳細信息。工業(yè)物流公司、航運服務(wù)和運輸提供商利用高沖擊IMU監(jiān)測物品是否受損。為危險環(huán)境中的工作人員配備的可穿戴設(shè)備中的IMU能夠檢測跌倒或沖擊，觸發(fā)緊急響應(yīng)，從而增強工作場所的安全性。

醫(yī)療保健

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

體育運動

專業(yè)和業(yè)余運動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)練并防止長期損傷。例如，嵌入頭盔中的傳感器可以監(jiān)測和記錄沖擊。通過提供關(guān)于沖擊力度的實時數(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

在上述所有應(yīng)用中，高強度沖擊慣性測量單元（IMU）的集成標(biāo)志著技術(shù)的重大進步。現(xiàn)代IMU的創(chuàng)新設(shè)計和先進功能確保了測量的準(zhǔn)確性、性能的穩(wěn)定性，同時最大限度地減少了功耗。隨著這些傳感器的不斷發(fā)展，它們的變革潛力無疑將帶來更多的突破性應(yīng)用，從而改善各個行業(yè)的成果。沖擊追蹤和測量的未來前景光明，而高強度沖擊IMU將處于這一領(lǐng)域的前沿。