Antureita on jo pitkään käytetty teollisuusympäristöissä kriittisenä elementtinä prosessien ja ympäristön valvonnassa. Usein nämä anturit on rakennettu tiettyä sovellusta ja käyttöolosuhteita ajatellen, ja niiden valmistaminen on suhteellisen kallista ja aikaa vievää. Edullisemmin tämä onnistuu MEMS-tekniikalla, kertoo STMicroelectronics ETNdigi-lehden artikkelissa.

MEMS-anturit eli mikroelektroniset mekaaniset järjestelmät suunniteltiin alun perin korvaamaan tai päivittämään tiettyjä teollisuusantureita pienemmiksi ja tehokkaammiksi. MEMS otettiin kuitenkin nopeasti käyttöön kuluttajasovelluksissa, kuten pelaamisessa ja älypuhelimissa, koon, suorituskyvyn ja alhaisen virrankulutuksen ansiosta. Ja erityisesti siksi, että niitä voidaan valmistaa erittäin suurina määrinä.

Viimeisen vuosikymmenen aikana kymmeniä miljardeja antureita on toimitettu suurina volyymeinä kuluttajasovelluksiin. Pelkästään STMicroelectronics on toimittanut markkinoille yli 14 miljardia MEMS- laitetta.

Nyt MEMS palaa takaisin teollisiin sovelluksiin yhtenä älykkään teollisuuden suuntausten avain- tekijöistä, kuten Teollisuus 4.0 ja IIoT eli Industrial Internet of Things. Kun teollisuusjärjestelmät muuttuvat automatisoidummiksi ja autonomisemmiksi, ja tekoälyn ja big data - laskentatarpeen kasvaessa, erityyppisten antureiden tarve kasvaa kriittisen datan tuottamiseksi prosesseista, koneiden kunnosta ja tehtaiden tekemiseksi turvallisemmiksi ja helpommiksi työskennellä.

Monissa teollisuusympäristöissä tarkkuus on avaintekijä. Olipa kyse lämpötilan ja paineen valvonnasta valmistusprosessissa, kaltevuuden mittauksesta laiteasennuksissa tai tärinän mittaamisesta laitteiden kunnon valvonnassa.

Erinomaisen, tarkan ja sovellukseen sopivan anturin rakentamiseksi MEMS-tekniikalla tarvitaan kolme avainasiaa:

  • Ensinnäkin laitteen kyky mitata tiettyä ilmiötä, oli kyse sitten liikkeestä, värähtelystä, äänestä, paineesta jne. Tässä MEMS-laitteen mekaaniset ja elektroniikkaosat ovat avainasemassa, sillä siinä yhdistyy pieni liikkuva mekaaninen osa ja elektroninen osa. Elektroninen osa muuntaa mekaanisen osan liikkeestä johtuvat laiteominaisuuksien muutokset sähköiseksi signaaliksi ja sitten digitaaliseksi informaatioksi mitattavasta fyysisestä muutoksesta.
  • Seuraavaksi anturilla on oltava kaikki oikeat ominaisuudet kyseessä olevaan sovellukseen: esimerkiksi oikea koko, oikea virrankulutus, oikea lämpötila-alue ja kaikki älykkäät ominaisuudet, joita sen on käytettävä sovelluksen tarpeiden täyttämiseksi.
  • Viimeinen kriittinen osa on tarkkuus. Se määrittää, kuinka tarkasti anturin lähtösignaali vastaa mitattavan ilmiön 'todellista' tai oikeaa arvoa. Anturin tarkkuus riippuu sen kyvystä käsitellä kohinaa mittausympäristössä, sen vakau- desta elinkaarensa läpi ja ympäristön lämpötilasta ja sen toleranssista, ts. variaation sallitusta rajasta tai rajoituksista.

Vaikka anturin kohinaominaisuudet riippuvat anturin suunnittelusta (mekaanisesta ja elektronisesta), vakaus ja toleranssi ovat pääasiassa testaus- ja kalibrointiprosessin ja siihen liittyvien anturiin sulautettujen algoritmien seurausta. Toistaiseksi on tuotettu erittäin tarkkoja teollisuusantureita suhteellisen pieninä määrinä, koska jokaiselle anturille tarvitaan pitkät testaus- ja kalibrointiajat.

Tässä pitkällä kokemuksella kulutus- elektroniikan MEMS-piireistä on iso merkitys. Suurten volyymien MEMS- valmistajilla, kuten ST:llä, on valmiina valtava testi- ja kalibrointikapasiteetti ja siksi kyky tuottaa suuria määriä teollisuusantureita (suhteessa nykyisiin teollisuusanturien volyymeihin) käyttämällä samoja testi- ja kalibrointilaitteita, joita kuluttaja-antureihin käytetään. Testit ovat tietysti erilaisia kuin kuluttaja-anturien testit, ja niissä käytetään erittäin tarkkoja ärsykkeitä, laajempia lämpötila-alueita, suurempaa määrää kalibrointipisteitä, useita vapausasteita ja testaus- prosessin pitkälle vietyä rinnakkaisuutta.

Koska teollisuusanturien toiminnallisuus on usein sama kuin kuluttajasovelluksissa, voidaan pieni osa kuluttaja-antureista lajitella parhaiden ominaisuuksien perusteella ja sitten kalibroida vastaamaan vaativimpia teollisuusvaatimuksia.

Esimerkiksi käy vaikkapa moottorin tilan seuranta värinämittauksen avulla. Tämä sovellus vaatii suurta tarkkuutta värähtelyn ja vakauden mittaamisessa pidempiä aikoja ankarissa tehdasympäristöjen lämpötiloissa. Mitä tarkempaa mittaus on, sitä enemmän tietoa voidaan saada moottorin kunnon kehityksestä. Tämä on tärkeä ennakoivan kunnossapidon mahdollistaja, jossa useiden moottorien dataa analysoidaan pidempiä aikoja, jotta saadaan käsitys siitä, kuinka ja milloin toimiva moottori tulisi huoltaa.

ST tarjoaa valikoiman kompakteja, erittäin tarkkoja ja vakaita, vähä- virtaisia teollisuusantureita, kuten kiihtyvyysantureita, gyroskooppeja, 6-akselisia liikeantureita ja magnetometriantureita. ST tarjoaa myös erilaisia lämpötila- ja paineantureita, jotka soveltuvat ympäristön seurantaan. Nämä anturit voidaan yhdistää mikro-ohjaimiin ja liitäntäpiireihin, jotta voidaan luoda älykkäitä ratkaisuja teollisuus- laitteiden valvontaan koko elinkaarensa ajan - kuljetuksesta asennukseen ja pitkäaikaiseen ylläpitoon.

Kuljetuksen aikana kiihtyvyysmittareilla voidaan monitoroida iskuja ja tärinää, kun taas lämpötila- ja paineanturit voivat seurata kuljetuksen aikana ilmeneviä ympäristöolosuhteita.

Asennusvaiheessa voidaan käyttää korkearesoluutioista, erittäin vakaata kiihtyvyysanturia kaltevuuden mittaamiseen ja muita kiihtyvyysmittareita iskujen ja tärinän mittaamiseen. Ympäristöantureiden avulla voidaan myös seurata olosuhteita asennuksen aikana. Näiden mittausten avulla laitevalmistajat ja loppukäyttäjät voivat olla varmoja siitä, että asennetut laitteet eivät ole kärsineet vaurioista, kun ne otetaan käyttöön.

Laitteiden käytön aikana kaltevuus- ja iskuantureita sekä mikrofoneja ja ympäristötunnistimia voidaan käyttää arvokkaan tiedon keräämiseen laitteiden kunnon seurannan ja ennakoivan ylläpidon mahdollistamiseksi.

Antureilla on edessään hieno tulevaisuus yhtenä älykkään teollisuuden avaintekijöistä. ST pyrkii tekemään niistä todellisuutta jo tänään.

Lisätietoja: www.st.com/mems-and-sensors

Artikkeli on ilmestynyt ETNdigi-lehdessä.

ETNtv

Watch ECF videos

Korteilla vauhtia IoT-kehitykseen

Sulautetun laitteen kehitys onnistuu useimmiten helpoiten valmiiden moduulien avulla. Nykyään niitä saa myös tehokkailla Apollo Lake -sarjan prosessoreilla varustettuna.

Lue lisää...

Suomen suurin valtti kybersodassa on luottamus

Teknologia19 – Aalto-yliopiston kyberturvallisuusprofessori Jarno Limnéll uskoo, että luotettavuudesta voi tulla suomalaisten yritysten suurin myyntivaltti tulevaisuudessa. – Tärkein kysymys on tulevaisuudessa, kehen ja mihin voimme luottaa. Luottamuksesta on tulossa hyvin arvokas aineeton pääoma yrityksille, Limnéll sanoi eilen messukeskuksessa.

Lue lisää...

LATEST NEWS

NEW PRODUCTS

 

NEWSFLASH

Ciklum, established in 2002, is a custom product engineering company with a global presence across 15 countries in 3 continents. We specialize in crafting bespoke digital solutions that push boundaries and transform industries, including full-scale IoT solutions. Whether it's cutting-edge embedded systems, data architecture or IoT, we seamlessly integrate our solutions into your existing infrastructure.

 

 

Check Point Software Technologies Ltd. is a leading provider of cyber security solutions to corporate enterprises and governments globally. Check Point Infinity’s portfolio of solutions protects enterprises and public organisations from 5th generation cyber-attacks with an industry leading catch rate of malware, ransomware and other threats.

 

 

 

AcalBfi is a leader in the development of custom technology solutions for electronic applications. Our engineers and our approach will ensure we can solve your technical challenges with custom solutions that integrate multiple technologies.

 

Analog Devices, Inc. is a global semiconductor leader that bridges the physical and digital worlds to enable breakthroughs at the Intelligent Edge. ADI combines analog, digital, and software technologies into solutions that help drive advancements in digitized factories, mobility, and digital healthcare, combat climate change, and reliably connect humans and the world.

 

EBV Elektronik was founded in 1969 and is one of the leading specialists in European semiconductor distribution. This success is based on the underlying company philosophy, which was developed a long time ago and which still applies today: operational excellence, flexibility, reliability and execution – with the goal of achieving the highest degree of customer satisfaction. 

  

The Rohde & Schwarz technology group develops, produces and markets a wide range of electronic capital goods. With its extensive product portfolio, the company makes an important contribution to a safer and connected world. In the test & measurement, secure communications, networks & cybersecurity and broadcast & media markets, customers worldwide rely on Rohde & Schwarz and its cutting-edge solutions.

 

 

 

Mespek is an industrial electronics company. Our main product areas are embedded modules, industrial computing, test & measurement modules and server management systems (KVM-switches). Besides our domestic customers we have clients also in several countries such as Benelux, China, Estonia, Ireland, Norway, Russia, Sweden, Switzerland, et cetera..

 

We offer unique and cost-effective customized solutions based on electronic components and systems, as well as standard products from selected manufacturers. We also have own production company for electronics and cabling in Sweden. We have 90 years of experience, deep engagement, knowledge together with trustworthy and effective logistics worldwide. We are ISO 9001 and ISO 14001 certificated.

 

Richardson RFPD, an Arrow Electronics Company, is an electronic component distributor focused on RF and Wireless Communications, industrial IoT, Power Conversion and renewable energy markets. With our global reach and extensive technical capability, we serve our customers through component development and selection, technical support, and world-class logistics and supply chain capabilities. Whether designing with discrete components or looking to take advantage of integrated circuits or systems RichardsonRFPD’s worldwide design centers and technical sales team provide comprehensive support to bring your product ideas to market.

u‑blox is a global technology leader in positioning and wireless communication in automotive, industrial, and consumer markets. Their smart and reliable solutions, services and products let people, vehicles, and machines determine their precise position and communicate wirelessly over cellular and short range networks. With a broad portfolio of chips, modules, and secure data services and connectivity, u‑blox is uniquely positioned to empower its customers to develop innovative and reliable solutions for the Internet of Things, quickly and cost‑effectively.

KYOCERA AVX is a leading global manufacturer of advanced electronic components, including antennas, fuses, capacitors, filters, couplers and RF switches, engineered to accelerate technological innovation and build a better future. Supplying more than one million antennas per day, KYOCERA AVX is an industry-leading supplier of innovative antenna solutions, covering all major frequency bands and applications. KYOCERA AVX antennas utilize a wide array of materials -including LDS, stamped metal, ceramic, PCB, and FPC- to support a variety of custom and standard configurations (external indoor/outdoor, embedded on/off-board).

 

 





ECF template