Analog Devices präsentiert MEMS für Hochtemperaturanwendungen und extreme Schock- und Vibrationsbelastungen MEMS-Lösungen für extreme Umgebungsbedingungen

Auch unter extremer Vibrations- oder Schockbelastung sind die IMEMS-Gyroskopsensoren der ADXRS64x-Serie zuverlässig und genau in der Lage Drehraten zu erfassen.
Auch unter extremer Vibrations- oder Schockbelastung sind die IMEMS-Gyroskopsensoren der ADXRS64x-Serie zuverlässig und genau in der Lage Drehraten zu erfassen.

Mit dem sich ausweitenden Einsatz von MEMS-Sensoren über Consumer- und Automotive-Anwendungen hinaus, verändern sich auch die Umgebungsbedingungen. Analog Devices bringt nun Zwei-Achs Beschleunigungssensoren und MEMS-Gyroskope auf den Markt, die sich für Hochtemperaturapplikationen oder Messbedingungen unter extremer Vibrations- und Schockbelastung eignen.

Auch geologische Bohrwerkzeuge benötigen Beschleunigungssensoren. Aus diesem Grund bringt Analog Devices jetzt einen iMEMS Beschleunigungssensor auf den Markt, der in einem Temperaturbereich von 40 bis +175 °C in der Lage ist, Beschleunigungen in einem Bereich von ±5 g mit einer Auflösung von 1 mg zu erfassen. Dabei erfasst der Single-Chip-Baustein ADXL206 sowohl dynamische Beschleunigungen (etwa auch durch Neigen) als auch statische Beschleunigungen (beispielsweise durch Gravitation).

»Anstatt auf den Einsatz zusätzlicher Temperaturkompensationsschaltungen zu setzen«, so Wayne Meyer, Marketing and Applications Manager bei der MEMS/Sensors Technology Group von Analog Devices, »haben wir mit innovativen Designtechniken die hohe Temperaturstabilität gleich von vornherein eingebaut«. Das hat zur Folge, dass es praktisch keine Quantisierungsfehler und kein kein nicht-monotones Verhalten gibt. »Auch die Temperatur-Hysterese ist sehr gering und beträgt typisch weniger als 2 mg über den gesamten Temperaturbereich von -40 bis +175 °C«, versichert Meyer.
»Wenn Konstrukteure intelligente Bohrsysteme bauen, die viele Kilometer unter die Erdoberfläche vordringen sollen, müssen sie sorgfältig zwischen Leistungsaufnahme und Platzbedarf auf der einen Seite und dem Wunsch nach mehr Informationen auf der anderen Seite abwägen«, berichtet Pam Aparo, Segment Marketing Manager für den Bereich Instrumentation bei Analog Devices. »Unser iMEMS Beschleunigungssensor ADXL206 ist dabei nicht nur eine extrem kompakte Lösung, er reduziert auch die Stromaufnahme um eine Größenordnung von über 10 mA auf weniger als 0,5 mA je Achse«, hebt er die Besonderheiten des MEMS-Beschleunigungssensors hervor.

Mit einem Eigenrauschen von typisch 110 g/Hz0,5 in Neigungssensor-Applikationen ist der ADXL206 in der Lage, Signale von weniger als 1 mg (dies entspricht einer Neigung um 0,06 °) aufzulösen (Bandbreite kleiner als 60 Hz). In Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen der Applikation sind Bandbreiten zwischen 0,5 und 2,5 Hz wählbar.

In einem Side-Brazed Ceramic Dual In-Line Package) SBDIP mit Abmessungen von 13 x 8 x 2 mm untergebracht, verfügt der ADXL206 über 8 Anschlüsse. Seine Stromaufnahme bei 5 V Versorgungsspannung beträgt 700 µA. Der Beschleunigungssensor zeichnet sich durch eine hohe Nullpunktstabilität eine hohe Empfindlichkeitsgenauigkeit und Stoßfestigkeit bis 3500 g aus. Bei einer Abnahme von 1000 Sensoren liegt der Nettostückpreis dieser Hochtemperatur-Bauelemente bei 789 US-Dollar.

Auf den Einsatz unter besonders rauen Umgebungsbedingungen hinsichtlich Vibrations- und Schockbelastung ist die kürzlich von Analog Devices vorgestellte iMEMS-Gyroskopserie ADXRS64x ausgerichtet. »Unsere drei neuen MEMS-Drehratensensoren weisen eine Querempfindlichkeit auf Linearbeschleunigungen von nur 0,015 °/s/g auf, die deutlich unter der der besten alternativen MEMS-Gyroskope mit 0,1 °/s/g liegt«, erläutert Meyer. Darüber hinaus bietet die ADXRS64-Serie auch wesentlich kürzere Einschaltzeiten von bis zu 3 ms und nimmt mit 3,5 mA auch nur ein Zehntel des Stroms auf, den andere MEMS-Gyroskope mit bis zu 60 mA benötigen.
Für Anwendungen, in welchen sehr große Messbereiche erforderlich sind, bietet der ADXRS649 eine Drehratenerfassung von ±20.000 °/s und eine Einschaltzeit von nur 3 ms für schnelles »Power-Cycling«. Mit einem externen Widerstand ist dieser Messbereich auf ±50.000 °/s erweiterbar.

Das ADXRS646 wartet mit einem Messbereich von ±250 °/s, 1 kHz Bandbreite und 8 °/h Drift mit geringem Breitbandrauschen. In Verbindung mit einer sehr niedrigen Querempfindlichkeit von 0,015 °/s/g und einer Vibrationsempfindlichkeit von 0,0001 °/s/g2, eignet sich das Modell ADXRS646 speziell für die leistungsstarke Richtungserfassung und Plattformstabilisierung.

Das dritte Modell, der ADXRS642 ist ebenfalls für einen Messbereich von ±250 °/s ausgelegt und kompatibel zu bisher verfügbaren Produkten. Damit können iMEMS-Gyroskop-Anwender in bereits vorhandenen Lösungen bisherige Gyroskope durch den ADXRS642 ersetzen und profitieren damit in ihren Applikationen von seiner erhöhten Vibrations- und Schockimmunität. »Die neuen Drehratensensoren verschmelzen unsere Quad-Sensor-Technologie, die bereits in der ADXRS45x iMEMS-Gyroskopserie verwendet wird mit dem gleichen Pin-out und kompakten BGA-Gehäuse der populären iMEMS-Gyroskopserie ADXRS62x«, erläutert Mark Martin, Vice President MEMS/Sensors Technology Group, bei Analog Devices, »Entwickler haben damit einen idealen Migrationspfad zur Aufrüstung von Systemen, welche sich bereits in Produktion befinden, und können so von den Vorteilen der leistungsfähigsten Drehratensensoren profitieren«.

Alle drei Modelle zeichnen sich durch einen Stromverbrauch von 3,5 mA aus und erfüllen damit die Anforderungen für Messgeräte mit Batterieversorgung. Ihr Arbeitstemperaturbereich von -40 bis +105 °C empfiehlt die Bauteile für die meisten Industrieanwendungen und den Einsatz in weiteren rauen Anwendungsumgebungen. Je nach Modell bewegen sich die Nettostückpreise der Beschleunigungssensoren bei Abnahme von 1000 Sensoren von 41,85 US-Dollar (ADXRS642), über 58,59 US-Dollar (ADXRS649) bis 75,39 US-Dollar (ADXRS646). Während der ADXRS642 und der ADXRS649 bereits in Serienstückzahlen zur Verfügung stehen, sind die Beschleunigungssensoren der ADXRS646-Reihe erst ab Juli dieses Jahres in Serie erhältlich.