Neueste kapazitive MEMS-Beschleunigungssensoren ersetzen in Anwendungen zunehmend die traditionellen, hauptsächlich piezoelektrischen Beschleunigungssensoren. Applikationen wie CBM (Condition-based maintenance), Strukturüberwachung (SHM), Anlagenüberwachung (AHM), Vitaldatenüberwachung (VSM) und IoT sind Einsatzgebiete für die nächste Generation an MEMS-Sensoren, die dafür maßgeschneiderte Lösungen bieten.

Tabelle 1: Beschleunigungs-Sensortypen und typische Applikationsgebiete.

Tabelle 1: Beschleunigungs-Sensortypen und typische Applikationsgebiete. Analog Devices

Bei der Vielzahl der Beschleunigungssensoren und Applikationen gestaltet sich die richtige Wahl nicht einfach, denn kein Industriestandard definiert, welche Kategorie an Beschleunigungssensoren jeweils passt. Tabelle 1 zeigt einige Kategorien und die korrespondierenden Applikationen. Die gezeigten Werte für Bandbreite und g-Bereich sind typisch für Beschleunigungssensoren in der gezeigten Endanwendung.

Bild 1 zeigt eine Momentaufnahme des Angebots an MEMS-Beschleunigungssensoren und ordnet jeden Sensor entsprechend seiner Schlüsselparameter und dem Grad der Intelligenz/Integration der jeweiligen Applikation zu. Ein Hauptaugenmerk dieses Artikels gilt den Beschleunigungssensoren der nächsten Generation auf Basis fortschrittlicher MEMS-Strukturen und Signalverarbeitung, zusammen mit erstklassigen Gehäusetechniken bieten sie Stabilität und Rauschperformance, vergleichbar mit denen von teuren Nischenprodukten und haben gleichzeitig geringen Stromverbrauch.

Diese Attribute und andere kritische Beschleunigungssensor-Spezifikationen stehen im folgenden Abschnitt entsprechend ihrer Applikationsrelevanz im Mittelpunkt – weitere Details per Donwnload am Beitragsende.

Bild 1: Bild 1: MEMS-Beschleunigungssensoren von Analog Devices für verschiedene Applikationsgebiete, die eine Lage oder Bewegungsrichtung (Neigung, englisch Inklination oder Tilt) erkennen müssen.Schlüsselkriterien sind dabei Bias-Stabilität, Offset über Temperatur, geringes Rauschen, Wiederholgenauigkeit, Schwingungsrektifizierung und Querachsenempfindlichkeit. Analog Devices

Bild 1: Schlüsselkriterien für MEMS-Beschleunigungssensoren sind Bias-Stabilität, Offset über Temperatur, geringes Rauschen, Wiederholgenauigkeit, Schwingungsrektifizierung und Querachsenempfindlichkeit. Analog Devices

Wichtige Spezifikationen für Neigungssensorik

Die akkurate Erfassung der Neigung (englisch Inklination oder Tilt) ist eine anspruchsvolle Applikation für kapazitive MEMS-Beschleunigungssensoren, speziell bei gleichzeitiger Vibration. Die Verwendung kapazitiver MEMS-Beschleunigungssensoren zur Erfassung einer Neigungswinkelgenauigkeit von 0,1° in einer dynamischen Umgebung ist schwierig – kleiner als 1° ist generell schwierig, größer als 1° ist sie aber gut zu erreichen.

Tilt und Inklination mit einem Beschleunigungssensor effizient zu messen, fordert vom Entwickler gute Kenntnisse über die Sensorperformance und die Umgebung der Endapplikation. Statische Umgebungen bieten viel bessere Voraussetzungen bei der Messung der Inklination als dynamische Umgebungen, da Vibration oder Schock die Neigungsdaten verfälschen und zu großen Messfehlern führen. Die wichtigsten Spezifikationen für die Messung von Tilt sind Tempco-Versatz, Hysterese, Rauscharmut, Kurz-/Langzeit-Stabilität, Wiederholgenauigkeit und gute Schwingungsrektifizierung.

Thema auf der nächsten Seite: Kalibration, Kompensation und Signalverarbeitung mit dem I-Sensor.

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