MEMS-Sensoren sind kostengünstige, hochpräzise Inertialsensoren, die für eine Vielzahl von Industrieanwendungen eingesetzt werden können. Die MEMS-Technologie (Micro-Electro-Mechanical Systems) umfasst die Integration von mechanischen Elementen, Sensoren, Aktoren und Elektronik auf einem gemeinsamen Siliziumsubstrat durch Mikrofabrikationstechnologie.
Veränderung der Kapazität
MEMS-Bauteile können von sehr einfachen Strukturen ohne bewegliche Elemente bis hin zu äußerst komplexen elektromechanischen Systemen mit mehreren beweglichen Elementen unter der Kontrolle integrierter Mikroelektronik reichen. MEMS (Micro Electro-Mechanical System) ist eine chipbasierte Technologie, bei der die Sensoren aus einer schwebenden Masse zwischen einem Paar kapazitiver Platten bestehen. Wenn der Sensor gekippt wird, wird durch diese schwebende Masse ein Unterschied im elektrischen Potential erzeugt. Diese Differenz wird dann als Kapazitätsänderung des Kondensators gemessen.
Einführung in die MEMS-Technologie und MEMS-Sensoren
Die MEMS-Technologie umfasst die Integration von mechanischen Elementen, Sensoren, Aktoren und Elektronik auf einem gemeinsamen Siliziumsubstrat durch Mikrofabrikationstechnologie. MEMS-Geräte können von sehr einfachen Strukturen ohne bewegliche Elemente bis hin zu äußerst komplexen elektromechanischen Systemen mit mehreren beweglichen Elementen unter der Kontrolle integrierter Mikroelektronik reichen. MEMS-Sensoren sind eine Unterklasse von MEMS-Geräten, die speziell für die Erkennung und Messung physikalischer Phänomene entwickelt wurden. Gängige Typen von MEMS-Sensoren sind
- Beschleunigungssensoren: Sie messen Beschleunigungskräfte, die zur Erkennung von Orientierung, Vibration und Stößen verwendet werden können. Sie werden häufig in Smartphones, Gaming-Controllern und Airbag-Systemen in Fahrzeugen eingesetzt.
- Gyroskope: Messen die Winkelgeschwindigkeit oder Rotationsgeschwindigkeit. Sie sind unverzichtbar in Navigationssystemen, mobilen Geräten und Stabilisierungssystemen für Kameras und Drohnen.
- Drucksensoren: Sie erkennen Druckänderungen und werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, z. B. in der Wetterüberwachung, der industriellen Prozesssteuerung und in medizinischen Geräten.
Vorteile der MEMS-Technologie
Die MEMS-Technologie hat einige eigene Vorteile. MEMS-Sensoren bieten praktische Funktionen, die bei jeder anderen Sensorbaureihe verfügbar sind, ohne dass es zu Platzproblemen kommt. Außerdem werden bei MEMS sehr kompakte Mikromaschinenkomponenten verwendet, die so winzig sind, dass jeder MEMS-Sensor problemlos in Ihre Handfläche passt. Außerdem haben MEMS-Sensoren eine IP67-Dichtung. Das liegt daran, dass die Sensoren hohen Temperaturen von 40º bis +85ºC standhalten müssen. Die meisten Branchen, in denen MEMS-Sensoren eingesetzt werden, arbeiten unter extremen Temperaturen. Außerdem können die Sensoren dank dieser Dichtung vorübergehend in flaches Wasser getaucht werden, was ihnen die Überwachung von Offshore- und Unterwasser-Neigungs- und Rollanwendungen ermöglicht. Andere elektrolytische Sensoren haben zwar eine höhere Genauigkeit, sind aber oft temperaturempfindlicher.
Widerstandsfähigkeit gegen Stöße und Vibrationen
Ein weiterer Vorteil dieser MEMS-Sensoren ist ihre Schock- und Vibrationsbeständigkeit. MEMS-Sensoren sind vielleicht nicht die ausdauerndsten in stoßdämpfenden Umgebungen, aber MEMS-Neigungssensoren haben eine Vibrationsfestigkeit von 10 g bei 10-1000 Hz und Beschleunigungssensoren eine Stoßfestigkeit von 100 G. Diese Sensoren sollten also nicht in stark erschütternden Szenarien wie militärischen Anwendungen eingesetzt werden, aber sie können industriellen Messungen und Kontrollen, Bohrausrüstungen und einigen geotechnischen Überwachungen standhalten.
Einige unserer MEMS-Sensoren
Einschränkungen der MEMS Technologie
MEMS-Sensoren scheinen zwar großartig zu sein, haben aber auch einige Einschränkungen. Im Allgemeinen haben MEMS-Sensoren oft eine größere Drift über die Temperatur. Dies kann für diejenigen ein Problem darstellen, die nicht über eine Temperaturkompensation oder Heizmöglichkeiten verfügen. Außerdem haben MEMS-Sensoren im Vergleich zu anderen herkömmlichen und teureren Sensoren in der Regel eine geringere Präzision. Daher sollten Sie vor dem Kauf immer feststellen, was genau Sie messen müssen.
Variabel und kosteneffizient
MEMS-Sensoren eignen sich perfekt für Anwendungen, die nicht die höchste Genauigkeit erfordern, wie z. B. industrielle Automatisierung, Nivellierung von Plattformen, Positionskontrolle sowie Neigungs- und Rollmessungen. Aus diesem Grund sind elektrolytische MEMS-Sensoren die perfekte Lösung für viele verschiedene Bereiche und das zu niedrigen Kosten.
Verbesserte Leistung
Die MEMS-Technologie und MEMS-Sensoren stellen einen bedeutenden Fortschritt bei der Miniaturisierung und Integration mechanischer und elektronischer Systeme dar. Ihre breite Anwendung in verschiedenen Branchen unterstreicht ihre Vielseitigkeit und Bedeutung. Es wird erwartet, dass sich MEMS-Bauteile im Zuge des weiteren technologischen Fortschritts noch stärker durchsetzen, eine höhere Leistung bieten und neue Anwendungen ermöglichen werden.
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