MEMS傳感器推動(dòng)工業(yè)智能化 ST助力關(guān)鍵應(yīng)用

日前，ST 公司總裁兼首席執(zhí)行官 Jean-Marc Chery 在評(píng)論該公司今年第三季度業(yè)績(jī)時(shí)表示，公司凈營(yíng)收環(huán)比提高了 27.8%，比最高預(yù)期高 690 個(gè)基點(diǎn)。這份財(cái)報(bào)顯示該公司今年第三季度凈營(yíng)收 26.7 億美元，毛利率 36.0%，營(yíng)業(yè)利潤(rùn)率 12.3%，凈利潤(rùn) 2.42 億美元。ST 的整個(gè)第三季度市場(chǎng)環(huán)境明顯好于預(yù)期，而增長(zhǎng)動(dòng)力主要來(lái)自汽車(chē)、個(gè)人電子產(chǎn)品和 MCU。

財(cái)報(bào)中，關(guān)于 MEMS 傳感器的業(yè)務(wù)描述顯示出這家全球頭部供應(yīng)商的傳感器業(yè)務(wù)勢(shì)頭強(qiáng)勁——雖然與去年同期相比，汽車(chē)產(chǎn)品、影像芯片和功率分立器件收入有所下降，但是微控制器、射頻通信、MEMS 和模擬器件銷(xiāo)售收入增長(zhǎng)抵消了部分降幅。

ST 不久前參加了慕尼黑華南電子展，在接受<與非網(wǎng)>的專(zhuān)訪(fǎng)時(shí)，ST MEMS 傳感器亞太區(qū)市場(chǎng)經(jīng)理息志強(qiáng)詳細(xì)介紹了該公司在 MEMS 傳感器方面的產(chǎn)品技術(shù)和應(yīng)用。從產(chǎn)品線(xiàn)看，ST 的 MEMS 傳感器主要包括加速度計(jì)、陀螺儀、地磁、氣壓計(jì)，以及溫濕度相關(guān)的環(huán)境傳感器。除了傳感器，ST 還有一類(lèi)產(chǎn)品是 MEMS 微執(zhí)行器，這類(lèi)產(chǎn)品早在 2000 年就用于打印機(jī)的噴墨打印頭，用于控制分辨率和灰度。

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圖：ST MEMS 傳感器亞太區(qū)市場(chǎng)經(jīng)理息志強(qiáng)

目前，ST 的傳感器業(yè)務(wù)在全球有 3 萬(wàn)多家客戶(hù)，全球每?jī)刹渴謾C(jī)、每?jī)刹?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1651354.html">車(chē)載導(dǎo)航儀和每?jī)深w DRAM 中，就有一顆 ST 的 MEMS,其在工業(yè)水壓和環(huán)境壓力傳感器市場(chǎng)也居于領(lǐng)先地位。就中國(guó)市場(chǎng)而言，ST 傳感器業(yè)務(wù)集中在消費(fèi)類(lèi)，工業(yè)和汽車(chē)領(lǐng)域，后兩者市場(chǎng)正在快速增長(zhǎng)，動(dòng)力來(lái)自于智能工業(yè)和新能源車(chē)。

無(wú)疑，工業(yè)智能化需要更多的傳感器。息志強(qiáng)表示，ST 正在加大對(duì)工業(yè)領(lǐng)域投入，“沒(méi)有傳感器對(duì)設(shè)備進(jìn)行感知的話(huà)，就沒(méi)辦法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，控制精度會(huì)受限?！毕⒅緩?qiáng)說(shuō)，“工業(yè)類(lèi)應(yīng)用分類(lèi)很雜，其中振動(dòng)檢測(cè)是一個(gè)主要應(yīng)用。大型工業(yè)設(shè)備中有很多電機(jī)，傳統(tǒng)上，要靠人工進(jìn)行停機(jī)巡檢來(lái)保障運(yùn)行穩(wěn)定，這個(gè)成本很高，如果使用 MEMS 傳感設(shè)備去通過(guò)感應(yīng)震動(dòng)來(lái)分辨設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，就可以實(shí)現(xiàn)預(yù)診斷，減少人工和停產(chǎn)成本?！?/p>

息志強(qiáng)提到的預(yù)診斷是工業(yè)智能化的一個(gè)典型特征。在工業(yè) 4.0 中，設(shè)備的維護(hù)將從預(yù)防性轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)見(jiàn)性，預(yù)測(cè)維護(hù)(PDM)是工業(yè) 4.0 的關(guān)鍵資產(chǎn)，需要通過(guò)傳感器進(jìn)行監(jiān)視保持設(shè)備在適當(dāng)條件下工作。據(jù)埃森哲分析，預(yù)測(cè)維護(hù)將減少 12%的定期修理，減少維修費(fèi)用 30%，減少 50%機(jī)器停機(jī)時(shí)間和 70%的崩潰。

在預(yù)測(cè)維護(hù)中，傳感器發(fā)揮著重要的作用，ST 提供的 MEMS 加速度計(jì)和麥克風(fēng)是振動(dòng)測(cè)量的關(guān)鍵傳感器。這一應(yīng)用中，MEMS 傳感器性能將直接影響測(cè)量結(jié)果。例如，在加速度計(jì)性能上，高信號(hào)帶寬頻率響應(yīng)與濾波可以精確的捕捉不同的缺陷 / 磨損帶來(lái)的震動(dòng)頻率，低噪聲可以識(shí)別早期的缺陷和磨損，高工作溫度范圍可以使傳感器與被監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作條件相匹配，多軸（3 軸）則允許監(jiān)測(cè)更多的缺陷 / 磨損(不平衡，失調(diào)，軸承等)，數(shù)字輸出能更好滿(mǎn)足復(fù)雜性、成本和可靠性的要求。

在麥克風(fēng)應(yīng)用方面，寬帶寬可以支持麥克風(fēng)在標(biāo)準(zhǔn)音頻帶寬以及超聲波領(lǐng)域工作，高聲壓過(guò)載點(diǎn)(AOP)可以保證在強(qiáng)環(huán)境聲音下的感知能力，模擬和數(shù)字輸出接口則能夠更好地和處理器匹配。

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圖：用于工業(yè)設(shè)備監(jiān)測(cè)的采用 ST MEMS 傳感器的一個(gè)振動(dòng)測(cè)量設(shè)備

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圖：一款采用了氣壓計(jì)的口罩設(shè)計(jì)巧妙

智能安裝是工業(yè)傳感應(yīng)用中的一個(gè)主要場(chǎng)景，包括天線(xiàn)指向、智能安裝、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和平臺(tái)水準(zhǔn)等，而工業(yè)測(cè)斜儀是其中主要的設(shè)備，其要求傳感器具備高分辨率、高精度、高穩(wěn)定性、低噪聲密度(與角度直接連接)和低功耗特性。

針對(duì)這一市場(chǎng)，ST 最新推出了 IIS3DHHC 和 IIS2ICLX 兩款 MEMS 傳感器，并已量產(chǎn)。

從具體應(yīng)用看，電梯、叉車(chē)、起重機(jī)、車(chē)庫(kù)門(mén)、傾斜報(bào)警、太陽(yáng)能電池板定位、水準(zhǔn)儀等一直是工業(yè)測(cè)斜儀的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用，實(shí)際上，新的應(yīng)用也有不少。如用于測(cè)量結(jié)構(gòu)中加速度、變形的微小變化。包括建筑、基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)，施工期間的結(jié)構(gòu)維護(hù)，歷史紀(jì)念碑監(jiān)測(cè)以及滑坡、海嘯、地震等。

還有一個(gè)未來(lái)可期的應(yīng)用，就是 5G 有源天線(xiàn)的測(cè)斜儀。有源天線(xiàn)通過(guò)智能集成，提高了基站的效率，使運(yùn)營(yíng)商能夠顯著增加為其網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的容量和覆蓋目標(biāo)。息志強(qiáng)表示，5G 基站天線(xiàn)有三面，每一面覆蓋 120 度，并且其傾角也是固定的，如果傾斜或傾角發(fā)生變化（風(fēng)吹或其他外因影響）的話(huà)，會(huì)造成信號(hào)盲區(qū)。如果采用 IMU(XL+陀螺)來(lái)監(jiān)測(cè)天線(xiàn)傾斜和旋轉(zhuǎn)檢測(cè)，加上步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行電調(diào)，就可以實(shí)現(xiàn)自主管理。ST 推出的 iNEMO 慣性模塊 ISM330DHCX 就非常適用于這一場(chǎng)景，當(dāng)然，最終是否規(guī)?；瘧?yīng)用甚至成為標(biāo)配，還需要系統(tǒng)的成本因素。