MEMS传感器推动工业智能化 ST助力关键应用

日前，ST 公司总裁兼首席执行官 Jean-Marc Chery 在评论该公司今年第三季度业绩时表示，公司净营收环比提高了 27.8%，比最高预期高 690 个基点。这份财报显示该公司今年第三季度净营收 26.7 亿美元，毛利率 36.0%，营业利润率 12.3%，净利润 2.42 亿美元。ST 的整个第三季度市场环境明显好于预期，而增长动力主要来自汽车、个人电子产品和 MCU。

财报中，关于 MEMS 传感器的业务描述显示出这家全球头部供应商的传感器业务势头强劲——虽然与去年同期相比，汽车产品、影像芯片和功率分立器件收入有所下降，但是微控制器、射频通信、MEMS 和模拟器件销售收入增长抵消了部分降幅。

ST 不久前参加了慕尼黑华南电子展，在接受<与非网>的专访时，ST MEMS 传感器亚太区市场经理息志强详细介绍了该公司在 MEMS 传感器方面的产品技术和应用。从产品线看，ST 的 MEMS 传感器主要包括加速度计、陀螺仪、地磁、气压计，以及温湿度相关的环境传感器。除了传感器，ST 还有一类产品是 MEMS 微执行器，这类产品早在 2000 年就用于打印机的喷墨打印头，用于控制分辨率和灰度。

图：ST MEMS 传感器亚太区市场经理息志强

目前，ST 的传感器业务在全球有 3 万多家客户，全球每两部手机、每两部车载导航仪和每两颗 DRAM 中，就有一颗 ST 的 MEMS,其在工业水压和环境压力传感器市场也居于领先地位。就中国市场而言，ST 传感器业务集中在消费类，工业和汽车领域，后两者市场正在快速增长，动力来自于智能工业和新能源车。

无疑，工业智能化需要更多的传感器。息志强表示，ST 正在加大对工业领域投入，“没有传感器对设备进行感知的话，就没办法实现闭环控制，控制精度会受限。”息志强说，“工业类应用分类很杂，其中振动检测是一个主要应用。大型工业设备中有很多电机，传统上，要靠人工进行停机巡检来保障运行稳定，这个成本很高，如果使用 MEMS 传感设备去通过感应震动来分辨设备运行状态，就可以实现预诊断，减少人工和停产成本。”

息志强提到的预诊断是工业智能化的一个典型特征。在工业 4.0 中，设备的维护将从预防性转变为预见性，预测维护(PDM)是工业 4.0 的关键资产，需要通过传感器进行监视保持设备在适当条件下工作。据埃森哲分析，预测维护将减少 12%的定期修理，减少维修费用 30%，减少 50%机器停机时间和 70%的崩溃。

在预测维护中，传感器发挥着重要的作用，ST 提供的 MEMS 加速度计和麦克风是振动测量的关键传感器。这一应用中，MEMS 传感器性能将直接影响测量结果。例如，在加速度计性能上，高信号带宽频率响应与滤波可以精确的捕捉不同的缺陷 / 磨损带来的震动频率，低噪声可以识别早期的缺陷和磨损，高工作温度范围可以使传感器与被监测设备的工作条件相匹配，多轴（3 轴）则允许监测更多的缺陷 / 磨损(不平衡，失调，轴承等)，数字输出能更好满足复杂性、成本和可靠性的要求。

在麦克风应用方面，宽带宽可以支持麦克风在标准音频带宽以及超声波领域工作，高声压过载点(AOP)可以保证在强环境声音下的感知能力，模拟和数字输出接口则能够更好地和处理器匹配。

 
图：用于工业设备监测的采用 ST MEMS 传感器的一个振动测量设备

图：一款采用了气压计的口罩设计巧妙

智能安装是工业传感应用中的一个主要场景，包括天线指向、智能安装、结构健康监测和平台水准等，而工业测斜仪是其中主要的设备，其要求传感器具备高分辨率、高精度、高稳定性、低噪声密度(与角度直接连接)和低功耗特性。

针对这一市场，ST 最新推出了 IIS3DHHC 和 IIS2ICLX 两款 MEMS 传感器，并已量产。

从具体应用看，电梯、叉车、起重机、车库门、倾斜报警、太阳能电池板定位、水准仪等一直是工业测斜仪的标准应用，实际上，新的应用也有不少。如用于测量结构中加速度、变形的微小变化。包括建筑、基础设施监测，施工期间的结构维护，历史纪念碑监测以及滑坡、海啸、地震等。

还有一个未来可期的应用，就是 5G 有源天线的测斜仪。有源天线通过智能集成，提高了基站的效率，使运营商能够显著增加为其网络设置的容量和覆盖目标。息志强表示，5G 基站天线有三面，每一面覆盖 120 度，并且其倾角也是固定的，如果倾斜或倾角发生变化（风吹或其他外因影响）的话，会造成信号盲区。如果采用 IMU(XL+陀螺)来监测天线倾斜和旋转检测，加上步进电机进行电调，就可以实现自主管理。ST 推出的 iNEMO 惯性模块 ISM330DHCX 就非常适用于这一场景，当然，最终是否规模化应用甚至成为标配，还需要系统的成本因素。