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如何将灵活性融入可穿戴设备的设计中去
 
 
作者 佚名 摘自 未知 发表 2017-04-09 06:42:49 人气 513 背景色 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色) 字号   

微机电系统(MEMS)相较于以往变得越来越普及,在“可穿戴设备”中应用甚多。 可穿戴设备使用的众多MEMS 传感器及仪器包括加速度计、陀螺仪、磁力计、麦克风、紫外线传感器、气压计、湿度计、葡萄糖监测仪和心率仪等。

可穿戴系统还包括分析、解释和传达多个信号的微控制器。 可穿戴设备中结合在一起的 MEMS 传感器以及 hub 电子设备通过互联进行通信。


人们传统地认为电子元件的连接通过在印制电路板上布置金属导线来实现。而可穿戴设备的未来类别可能并不适用于这种原型,比如一种能够覆盖整件夹克的 MEMS 传感器阵列。不过,这样一件夹克的设计师们真的想将一大堆需要不同电池和无线天线来供能和通信的设备缝进织物中去吗?我们又如何最好地将那些在大范围表面区域上监控和传输数据的 MEMS 器件阵列连接到一起?

可穿戴互联的挑战在于将传感器设备和小型化导电网格系统结合在一起。对可穿戴装置灵活性的要求,需要对用于装置制造和加工的新技术的开发。举个例子,新型制造方法包括卷轴式加工,利用它能够生产可弯曲的互联系统。

在可穿戴设备的世界里,一些最常监测的信号是运动、方向、声音、光线和压力。BioMEMS 和生物传感器通过监测心率、脉率、血液中的氧气、血压、呼吸、水合和汗水化学成分来提供健康数据。互连可实现传感器信号和 hub 电子设备(如微控制器)之间的供能和通信。本文中,我们将回顾现今可穿戴产品中的 MEMS 器件,并展示灵活的互连功能如何更好地支持日益流行的 MEMS 技术。


加速度计

目前最流行的可穿戴设备之一是健身及健康检测设备。计步器、腕带跟踪器和便携式血压计通常包含加速度计。加速度计是检测加速度、 振动、冲击和倾斜的MEMS 器件。当与 MEMS 陀螺仪耦合之后,还能够感测旋转,提供额外的运动精度。目前的产品包括同一封装中的多轴加速度计和多轴陀螺仪。


陀螺仪

MEMS 陀螺仪测量旋转:旋转速度也称为角速度。因此,陀螺仪可以在没有任何线性加速度的情况下提供运动信息。轴上陀螺仪测量单轴旋转,而三轴陀螺仪能够测量围绕所有三个轴的旋转。由于陀螺仪以度/秒为单位,因此可以使用 MEMS 陀螺仪,通过一小块能够随角速度变化而移动的谐振 MEMS 质量块,实现对小而慢的运动的检测。输出随后被放大并被反馈进微控制器用于分析。


磁强计

使用 MEMS 磁力计检测地球磁场具有无需磁力计与加速度计的耦合允许倾斜补偿,从而精确地计算俯仰和滚动。磁性传感器需要校准来将原始数据转换为航向计算( 也成为偏航 )。将 MEMS 磁强计与 MEMS 加速度计耦合在一起可以得到一台 6 轴传感器;该组合能耗减少大概50%的并能够将磁信号提升 30%。


互联挑战

上述内容说明将多个 MEMS 传感器组合到同一封装中用于改进功能性是可行的。为了实现可穿戴系统的轻型和小型化,传感器的尺寸使用小封装来减小。紧密封装方式包括晶圆级,芯片级封装和具有插入器或扇出式技术的 3D 封 装。后者允许将 MEMS 和微控制器堆叠并安排在一个单元中。

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