创新的MEMS IMU重塑产业格局，兼顾冲击监测与轻微运动感知
2025-04-04 10:17:59   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

本文探讨了一种新型MEMS传感技术的应用前景，该技术能够精准感知轻微运动与高强度冲击。

微机电系统（MEMS）传感器外形小巧、价格亲民，可提供各种物理参数的测量功能，在诸多行业中发挥至关重要的作用。例如，MEMS加速度计可广泛用于消费电子、工业自动化、医疗保健和汽车电子等领域。

在LGA封装中集成机械和电子组件的MEMS传感器

利用多个MEMS加速度计可以实现较宽的测量范围，从缓慢加速到高强度瞬时冲击。意法半导体（ST）的MEMS传感器通常采用电容式敏感机制来检测物理参数的变化。当集成到电子系统中时，这种传感器可实现实时数据采集与处理，从而对运动事件作出即时响应。

高强度冲击的显著特点是在极短时间内，对人体、物体或系统施加巨大的加速度。在工业监测、故障诊断和安全防护等场景中，精确测量此类冲击至关重要。MEMS传感器凭借其尺寸小、灵敏度高和响应速度快等优势，成为完成这项任务的理想选择。

精准冲击监测面临的挑战

在实际应用中，MEMS传感器在精准测量高强度冲击方面存在诸多挑战，解决这些难题，对于优化MEMS传感器在高冲击应用场景中的性能至关重要。

首要问题是传感器饱和导致的惯性信息丢失，当冲击超过量程时，关键加速度事件数据可能出现遗漏，造成记录不完整。

其次，测量范围与精度之间存在固有权衡。低量程（g值）传感器在有限范围内灵敏度极高，而高g值传感器虽然扩展了测量范围，但精度却显著降低。因此，在实际应用中，通常需要使用两个传感器来分别检测高g值和低g值加速度。

使用两个传感器有助于扩展加速度测量范围，但会带来一系列问题，包括PCB布局空间占用增加、系统设计复杂度提升等问题。此外，其系统功耗会显著上升，这极大地制约了便携式及电池供电设备的续航能力。

创新的冲击监测解决方案

据麦姆斯咨询报道，意法半导体最新推出的创新的MEMS传感技术——LSM6DSV80X惯性测量单元（IMU），有望解决上述难题。LSM6DSV80X采用创新的MEMS结构，在单一标准封装内集成一个MEMS陀螺仪和两个MEMS加速度计（分别为16 g量程和80 g量程）。这种创新设计既能精确捕捉微弱加速度，又能无损测量剧烈冲击，同时优化了系统空间利用率与系统设计复杂度。

LSM6DSV80X惯性测量单元（IMU）的MEMS结构包含两个加速度计

LSM6DSV80X惯性测量单元（IMU）的数字处理单元消除了对主机处理器的持续干预需求。其先进功能包括：

·边缘计算处理功能：包括有限状态机（FSM）和机器学习核心（MLC）；

·传感器融合；

·自适应自配置（ASC）。

具有边缘处理功能的MEMS IMU（内部集成两个加速度计和一个陀螺仪）

上述创新技术有助于MEMS传感器保持稳定性能，并提供关于常规运动和剧烈冲击的有价值见解。除了提高加速度测量的精度和范围之外，这种设计还显著降低了系统功耗，使其成为众多应用的理想选择。

高强度冲击监测的新兴应用

高强度冲击MEMS IMU为多个行业的创新应用打开了大门。

个人电子设备：智能手机、平板电脑和智能手表中的高强度冲击MEMS IMU可以检测设备跌落，进而触发诸如硬盘磁头收回或屏幕锁定等保护机制。它们还能以碰撞检测的形式提供关键信息，确保及时获得援助。在游戏控制器中，MEMS IMU通过检测快速运动和冲击来增强游戏体验，提供更具沉浸感和响应性的游戏体验。智能标签可使用高冲击MEMS IMU实现实时跟踪和冲击监测，确保所附着物品的安全性、可靠性及完整性。

汽车领域：在汽车行业，配备高冲击MEMS IMU的事件数据记录器可用于黑匣子和儿童安全座椅。在事故发生时，它们能够详细记录相关数据，以帮助分析事故原因并提供有关冲击强度的详细信息。

工业领域：物流公司、航运服务和运输供应商使用高强度冲击MEMS IMU来监测物品是否受损。为处于危险环境中的工人配备带有MEMS IMU的可穿戴设备，能够检测跌倒或冲击，并触发应急响应，从而提高工作场所的安全性。

医疗保健领域：专为老年人或残障人士设计的可穿戴设备，运用高强度冲击MEMS IMU可检测跌倒并及时提醒护理人员或急救服务。MEMS IMU还可用于监测物理治疗锻炼期间的冲击，确保患者采用正确的康复技术，并有效预防在康复过程中可能出现的损伤。

体育领域：无论是专业运动员还是业余爱好者，都可使用集成高强度冲击MEMS IMU的可穿戴设备来跟踪运动和检测受伤情况。这些可穿戴设备有助于他们优化训练并预防长期运动损伤。例如，嵌入头盔中的传感器可以监测和记录冲击，通过提供这些冲击力的实时数据，有助于预防脑震荡和其它头部损伤。

集成MEMS IMU的可穿戴设备在运动领域的应用案例

冲击监测的未来展望

在上述所有应用中，高强度冲击MEMS IMU的集成标志着传感器技术的重大进步。先进的MEMS IMU凭借创新的设计和功能，在实现精确测量和稳定性能的同时，最大限度地降低了功耗。

随着MEMS传感技术的持续发展，其蕴含的巨大变革潜力将催生更多具有开创性的应用，提升各行业的应用成效。冲击监测和测量领域的未来发展前景广阔，高强度冲击MEMS IMU必将在这一发展进程中处于前沿引领地位。

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