Слабые сигналы обрабатываются и усиливаются встроенной электронной системой и передаются через аналоговый или цифровой интерфейс. MEMS-технологии позволили создать множество инновационных приложений в виде акселерометров, гироскопов, датчиков давления и микрофонов минимальных размеров. Пионерами стали потребительский рынок, рынок мобильных телефонов, а также автомобильная промышленность. Именно они первыми поняли потенциал MEMS-датчиков, будь то для консолей, позволяющих пользователям выигрывать Олимпийские игры, не выходя из гостиной, для мобильных телефонов, реагирующих на движение, для камер со стабилизацией изображения или для систем подушек безопасности и ESP в автомобилях.
В этом отношении международный рынок MEMS постоянно растет и в настоящее время может похвастаться объемом продаж около одного миллиарда долларов. Компания Bosch, международный лидер на рынке MEMS, продала один миллиард единиц за тринадцать лет с 1995 по 2008 год и достигла двух миллиардов всего за три года. Компания STMicroelectronics также пережила неожиданный рост: в 2011 году ей удалось увеличить продажи MEMS-датчиков на 80%, в основном на потребительском рынке и рынке мобильных телефонов, став таким образом одним из лидеров рынка в этом секторе. Теперь компания хочет применить полученный опыт на других рынках. Для этого у нее есть огромный потенциал: MEMS-датчики предлагают новые возможности применения практически в любой области и могут сделать существующие приложения более удобными, безопасными и энергоэффективными, или помочь им выделиться среди конкурентов за счет интеграции новых функций. Революция, которая уже произошла на рынке мобильных телефонов, еще впереди.
Повышенный комфорт пользователя.
Сфера человеко-машинного интерфейса (HMI) является очень перспективной областью применения. Опыт, полученный при разработке мобильных приложений, может быть использован здесь, поскольку функции касания и двойного касания легко реализуются. Голосовое управление также может использоваться в приложениях HMI. В этом отношении мобильные телефоны снова демонстрируют возможности: пользователи iPhone могут добавлять встречи или отправлять электронные письма с помощью Siri. MEMS-микрофоны также позволяют осуществлять подобное голосовое управление и распознавание в других устройствах, таких как навигационные системы. Все это благодаря сочетанию минимальных размеров с высоким качеством звука и долговечностью. Эти преимущества также могут быть применены к устройствам громкой связи или конференц-системам без дополнительных затрат. Например
, STMicroelectronics предлагает MEMS-микрофоны, которые более эффективны и надежны, чем обычные электретные микрофоны (ECM). Доступные в настоящее время модели MP34DT/DB01 / MP45DT02 имеют отношение сигнал/шум (SNR) 63 дБ с очень ровной частотной характеристикой (от 20 Гц до 20 кГц).
Повышенная безопасность:
датчики скорости вращения повышают безопасность буровых установок. Они регистрируют вращение сверла в момент его контакта с бетоном и автоматически отключают его. Датчики ускорения обеспечивают «обнаружение свободного падения», которое в настоящее время используется в основном в жестких дисках ноутбуков. Если датчик обнаруживает свободное падение, он гарантирует, что считывающая/записывающая головка не столкнется с жестким диском, а своевременно отступит. Этот принцип также может быть применен к бензопиле или пульту дистанционного управления крана, чтобы обеспечить безопасное состояние устройства путем срабатывания аварийного отключения в случае свободного падения.
Датчики ускорения регистрируют даже малейшие движения и вибрации, что позволяет легко и эффективно защитить нефте- и газопроводы или автоматизированное оборудование от вандализма и ценные вещи от кражи. Запись вибраций оборудования также позволяет проверить его исправность.
MEMS-барометрические датчики давления способны измерять разницу уровней с точностью до 25 см. По сравнению со спутниковыми системами определения местоположения, которые неэффективны в помещениях из-за слабого или отсутствующего сигнала, они позволяют использовать их в таких приложениях, как навигация внутри помещений в универмагах или на парковках. Это возможно благодаря измерению атмосферного давления, на основе которого рассчитывается высота и определяется этаж. Они также используются в навигационных системах, например, для определения местоположения транспортного средства в многоэтажных зданиях. В приложениях для пожарных и полиции MEMS-датчики давления могут даже спасать жизни, точно определяя местоположение людей, заблокированных в зданиях.
Повышенная эффективность:
если устройство немедленно отключается при неисправности, его энергоэффективность также повышается. Этого можно дополнительно оптимизировать, комбинируя несколько датчиков. Например, в стиральной машине датчики давления могут измерять уровень заполнения, а датчики ускорения рассчитывают загрузку и соответствующим образом корректируют программы стирки и сушки. Датчики ускорения запускают автоматическое отключение 
таких устройств, как пульты дистанционного управления, лампы или аудиооборудование, если они не обнаруживают никакого движения в течение определенного периода времени.
Компании STMicroelectronics и Bosch Sensortec предлагают высококачественные продукты для подобных применений: трехосевые MEMS-акселерометры LIS3DH (STMicroelectronics) и BMA250 (Bosch Sensortec) особенно хорошо подходят для мобильных устройств, поскольку оба обеспечивают значительную экономию энергии и очень компактные размеры. LIS3DH потребляет всего 2 мА энергии в режиме сверхнизкого энергопотребления, а модель Bosch — менее 5 мкА в режиме низкого энергопотребления. Их размеры 3 x 3 x 1 мм (LIS3DH) и 2 x 2 x 0,95 мм (BMA250) идеально подходят для применений с ограниченным пространством. Оба датчика обеспечивают точные значения измерений в программируемых диапазонах +/-2 г, +/-4 г, +/-8 г и +/-16 г, с чувствительностью 1 мг/разряд у LIS3DH и 256 LSB/г у BMA250 в диапазоне 2 г. Их цифровое разрешение составляет 12 бит и 10 бит соответственно, а типичное смещение нулевой гравитации за весь срок службы составляет +/- 40 мг у модели ST и +/- 80 мг у модели Bosch.
Для мобильных устройств также заслуживают внимания интеллектуальное управление питанием, обнаружение свободного падения и подсчет шагов. Для приложений HMI датчики обеспечивают адаптацию к экранному отображению, а также сенсорное и двойное сенсорное управление. Они также совместимы с игровыми функциями и функциями виртуальной реальности. Оба производителя предоставляют программные и аппаратные средства для первоначального тестирования с удобным графическим интерфейсом. Это позволяет легко вносить корректировки и проводить тестирование, после чего обеспечивается бесшовная интеграция в приложение. И ST, и Bosch предлагают программируемые платы, интерфейсы прикладного программирования (API) и низкоуровневые контроллеры.
Большая свобода движений.
Различные типы датчиков не следует рассматривать изолированно. Их комбинация позволяет создавать приложения с очень высокой степенью чувствительности, почти сравнимой с человеческой. Например, акселерометры в сочетании с гироскопом способны создавать сложные профили движения. Оба датчика также доступны в интегрированном модуле, таком как LSM330DLC от STMicroelectronics. Этот модуль включает в себя трехосевой акселерометр LIS3DH и трехосевой гироскоп L3GD20 в компактном корпусе размером всего 4 x 5 x 1,1 мм. Гироскоп обеспечивает полный диапазон измерений от ±250 до ±2000 делений в секунду и имеет программируемый переключатель.
В этом отношении такие MEMS-датчики и модули позволяют осуществлять дистанционный мониторинг пациентов или пожилых людей, не ограничивая их свободу передвижения. Например, в случае падения можно немедленно уведомить медсестру, или можно найти дезориентированных людей, заблудившихся в пространстве. Также можно точно адаптировать трудотерапию, спортивные тренировки и прием лекарств к индивидуальным двигательным профилям и, таким образом, более эффективно планировать работу. В тонометрах датчик может проверять положение руки, обеспечивая точные показания, особенно для домашнего использования. В животноводстве модуль датчика LSM330DLC позволяет индивидуально определять необходимое количество корма в зависимости от движений животного.
Больше степеней свободы:
сенсорные модули, объединяющие большее количество типов датчиков, обеспечивают еще больше степеней свободы (DoF). Благодаря своим относительно небольшим размерам они особенно хорошо подходят для применений с ограниченным пространством. В настоящее время наиболее популярными комбинациями являются датчики акселерометра, гироскопа и компаса. Компания STMicroelectronics недавно представила многосенсорный модуль с девятью степенями свободы. iNEMO M1 объединяет трехосевой датчик акселерометра, трехосевой магнитный датчик, трехосевой гироскоп, 32-битный 
микроконтроллер STM32 и специализированное программное обеспечение, и все это в компактном корпусе размером всего 13 x 13 x 2 мм. Это позволяет ему регистрировать линейные ускорения, угловые скорости и магнитное поле Земли, обеспечивая точное определение направления, положения и движения. Программное обеспечение для объединения данных с датчиков комбинирует выходные сигналы от всех датчиков, а алгоритмы прогнозирования и фильтрации автоматически корректируют искажения и неточности в измерениях. Это позволяет модулю обеспечивать более высокую степень реализма в таких приложениях, как игры, человеко-машинные интерфейсы, робототехника, носимые навигационные устройства и мониторинг состояния пациентов.
Широкий спектр возможностей.
Примеры демонстрируют, что области применения и возможности MEMS-датчиков практически безграничны. Однако они представляют собой проблему для разработчиков, желающих использовать их в своих приложениях. Часто на начальном этапе разработки неясно, какой тип датчика следует выбрать для достижения желаемой цели. Широкий ассортимент моделей, предлагаемых производителями, гарантирует, что видение остается ясным на начальном этапе разработки. Компания Rutronik может похвастаться самым обширным ассортиментом датчиков и MEMS-датчиков, включающим инновационные продукты от известных производителей. Этот широкий выбор позволяет найти подходящее решение для любого приложения.
Автор:
Автор: Мартин Гриммер, старший менеджер по маркетингу аналогов и датчиков компании Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH
