高端MEMS助力位置服務、智能制造、地震預警

3 地震預警需要MEMS高性能、低功耗

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/202002/409658.htm

3.1 地震預警的原理

這幾年我國非常重視地震避險，可以預警還有多少秒到達相關位置。這是怎么做的呢？如下圖，一般地震來了，P波比S波的傳播速度快。幸運的是，P波帶來的影響沒有那么大，因為P波是上下振動的縱波，S波是橫波。S波的傳輸速度約3.2~4.0 km/s。如果P波一地震就檢測到了，S波檢測得較慢，但網絡通信速度是很快的，一般可達3.0×105 km/s。如果每個地方離震中100 km，則

100 km÷4 km/s=25 s

這意味著人如果離震中100 km，就可以提前25 s知道地震要來，有足夠的時間做響應和急救。因為最后把樓撕扯、發(fā)生較為嚴重坍塌的是S波到達之后，S波和P波都到達之后，會形成L波，L波是真正產生致命作用的地震波。

現在能實現地震預警，實際上來自于技術的進步。過去的地震監(jiān)測設備都是低密度布置的，每個專業(yè)的地震監(jiān)測點之間的距離至少在80 km以上?，F在能實現預警，靠的是大數據，即用低密度的專業(yè)地震設備+高密度輔助地震設備。輔助設備可能精度沒有那么高，但設了更多的地震監(jiān)測點，很多點同時動，且產生一個方向上的振動，那么一定是地震引起的，且可以確定震中，使得周邊的人可以得到通知，有幾十秒的時間去自救。

這種高密度的輔助地震設備可以通過MEMS加速度計實現，因為它可以檢測各種各樣的振動。

這種加速度計需要的特點是：低噪聲和低功耗。因為地震有不同的等級，等級越低，振動幅度越小，因此必須要有足夠低的噪聲才能分辨足夠小的等級。另外，大量鋪設的輔助設備點很多是電池供電的，所以MEMS傳感器必須要有足夠的低功耗。

3.2 ADI的解決方案

ADI的ADXL355非常符合該市場的需求（如下圖）。其中ADXL362的功耗比ADXL35X明顯低很多，但它的噪聲也高，如果這個應用只需要檢測5級以上的地震，可裝在燃氣表里（注：現在已有客戶應用），如果檢測到五級及以上的強震，燃氣表可以自動切斷閥門，防止二次災害的發(fā)生。

4 開發(fā)傳感器的4個階段

第1階段，傳感器可以敏感出1個信號，這個信號可能是電荷型的、電壓型的、電流型的?？蛻粢涝趺窗堰@個信號轉化成數字輸出的，或PWM輸出的、電壓輸出的，方便客戶的客戶再去處理。這步最為簡單、基本。

第2階段，對這個傳感器做簡單的處理，例如可以把電荷或電壓轉換成客戶需要的，有PWM輸出、SPI輸出等。

第3階段，做一些軟件算法。可能有些客戶說我用你這個，你現在輸出是很好了，但是我還要算，例如你可以測重力，但測重力并不代表角度，還需要一些反三角函數的運算。這種東西可能在A地還好，但是如果這個樓是在其他地方呢？公差會很大，但依然要保證非常好的精度，這就需要算反三角函數。這是非常簡單的例子。有的還要多做一些，諸如智能制造里有一些FFD（自由變形）分析，現在ADI也有能力把FFD分析集成到器件里去。

以上3個階段ADI都已實現。

第4階段，針對不同的行業(yè)進行解釋，這個數據到底代表什么意義。就像地震波例子，什么樣的波形是地震波等，需要對于地震的理解，對于石油化工行業(yè)的理解，這個目前主要還屬于客戶的技術范疇，ADI也有一些持續(xù)的創(chuàng)新，與客戶有些深度的合作。

5 ADI在MEMS上的優(yōu)勢

ADI是業(yè)界最早把MEMS技術實現商用的公司，在1987年開始在MEMS上投入，1991年就實現了用MEMS替代傳統的氣泡解決方案，做到了汽車的安全氣囊里。

ADI專注于MEMS的技術創(chuàng)新40余年，并且有系統級的經驗。目前看好自動駕駛、智慧城市、智能制造、智慧農業(yè)等新應用。

ADI的MEMS里程碑