Mems & Sensors:

Nella categoria MEMS & Sensors sono presenti articoli tecnici e progetti di riferimento relativi sia ai MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) in generale tra cui accelerometri e giroscopi, sia ai vari tipi di sensori presenti sul mercato con relativa Signal Chain per l’acquisizione analogica.

La gestione di un sensore d’immagine CMOS

L’articolo tratta le possibili alternative a disposizione di un progettista per realizzare un'interfaccia verso un sensore d’immagine CMOS. In questa seconda parte ci si occuperà dell’interfaccia tra sensore e logiche programmabili mettendo in evidenza i pregi e i difetti di una soluzione di questo tipo. La prima parte di questo articolo esaminava la possibilità di realizzare un interfaccia verso un sensore d’immagine CMOS utilizzando microcontrollori dotati di un interfaccia diretta verso il sensore. L’altra possibile alternativa per realizzare un’interfaccia ad alta velocità, in grado di catturare i dati provenienti dal sensore CMOS, è utilizzare logiche programmabili o ASIC (Application Specific Integrated Circuit), realizzare quella che viene definita una “glue logic” ossia una logica che basandosi sulle caratteristiche …

Interfacciamento ad un sensore d’immagine CMOS

Volendo realizzare un'interfaccia verso un sensore d’immagine CMOS le architetture digitali tra le quali operare una scelta sono principalmente due. La prima è basata su ASIC o logiche programmabili, nella seconda invece ci si affida a microcontrollori dotati di un'interfaccia in grado di gestire direttamente il sensore, ossia in grado di catturare il frame (il contenuto informativo alla base dell’immagine) proveniente da questo, realizzando così quella operazione che genericamente viene chiamata “frame grabbing”. L’interfaccia digitale dei sensori  CMOS I sensori  d’immagine CMOS solitamente hanno un interfaccia digitale basata su due canali di comunicazione, attraverso il primo canale è possibile accedere ai registri inter ni …

Gli Encoder Magnetici

In quasi tutte le applicazioni che prevedono l’utilizzo di un motore in continua è indispensabile conoscere la posizione dell’albero del motore. I meccanismi di misura comunemente sono semplici; si usa un potenziometro in caso di basse accuratezze ed encoder ottici per precisioni maggiori. Laddove non è possibile collegare il sensore direttamente all’albero, ad esempio in una pompa idraulica, o laddove si vuole aumentare la vita del sistema riducendo le parti meccaniche in movimento, generalmente si usano gli encoder magnetici. Introduzione Come accennato, quando bisogna controllare un motore in continua in posizione o quando si vogliono misurare parametri derivati da …

Gestione di un Touch Screen

Interattività è oggi la chiave del successo per ogni applicazione. Una degli esempi più interessanti è la tecnologia dei touch screen che da alcuni anni sta invadendo il mondo dell’elettronica consumer. In questo articolo vedremo come funziona un touch screen e alcuni semplici esempi per gestirlo. La tecnologia dei touch screen non è affatto recente; nata nella seconda metà degli anni ’60 negli ambienti di ricerca, fu utilizzata per la prima volta nel 1972 nell’ambito di un progetto per la realizzazione di terminali di apprendimento assistito al computer. La grande diffusione si è avuta tuttavia soltanto con la crescente popolarità di smart phones, PDA e console di gioco portatili che ha caratterizzato l’ultimo decennio. Diverse sono oggi le tecnologie nelle …

Circuiti per la misura della temperatura

In questo articolo saranno mostrate alcune soluzioni circuitali per la misura della temperatura che sfrutta circuiti integrati della Linear Technology/Analog Devices. Cominciamo con il definire cos’è un sensore di temperatura. Si tratta di un trasduttore che converte una grandezza termica in un’elettrica che generalmente è rappresentata da una tensione. Esistono diversi principi di conversione, ma il più semplice è rappresentato dal termoresistore al platino in cui la resistività del sensore varia linearmente con la temperatura (la variazione  quadratica è trascurabile).  Il circuito che permette la misura di questa variazione è il ponte di Wheatston seguito da un amplificatore differenziale che ne amplifica la tensione di uscita. Il circuito mostrato in …

Applicazioni dei sensori MEMS nel settore automotive

Nel corso degli ultimi anni, la tecnologia MEMS è stata ampiamente utilizzata nell’industria automotive, sino al punto che su 100 sensori installati in un veicolo, almeno 30 sono oggi realizzati con tecnologia MEMS. Nel corso dell’articolo esamineremo le principali applicazioni di questa importante tecnologia elettronica, per la quale il settore automotive occupa la seconda posizione in ordine di importanza. Introduzione La tecnologia MEMS sta progressivamente sostituendo larga parte dei sensori utilizzati a bordo degli attuali veicoli, portando con sé importanti e considerevoli vantaggi come riduzione dei costi, aumento dell’affidabilità e delle prestazioni. Non solo, è stato anche dimostrato come …

Machine Vision per l’automotive

L'elaborazione delle immagini o "visione artificiale"  funziona come una tecnologia chiave per l'industria automobilistica, poichè può essere utilizzata per ottimizzare una varietà di processi nella catena di produzione, oltre a rappresentare un punto fermo nei sistemi a guida autonoma. Le tecnologie di visione artificiale sono utilizzate in tutti i tipi di applicazioni industriali per il rilevamento rapido e inequivocabile di oggetti, con conseguente automazione e accelerazione dei processi di produzione. L'intensificazione dell'esigenza di un'ispezione superiore e una maggiore automazione sono i fattori chiave che influenzano la diffusione della tecnologia di visione artificiale in vari mercati applicativi. La visione artificiale …

Applicazioni con gli accelerometri MEMS

Un accelerometro è un dispositivo inerziale per la misura delle accelerazioni lineari. Un dispositivo inerziale è in grado di fornire una misurazione senza bisogno di un riferimento esterno, a parte le condizioni iniziali fornite allo start-up, come ad esempio la posizione iniziale - ma solo se questo è richiesto dalla particolare applicazione. Una categoria particolare è quella degli accelerometri MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems), dei dispositivi che integrano in un solo chip di silicio sia le parti meccaniche che i circuiti elettronici di condizionamento e controllo. Tra i maggiori produttori di accelerometri ed altri sensori MEMS troviamo Analog Devices, e ST Microelectronics. Gli accelerometri ed altri …

Monitorare la pressione degli pneumatici

Lo pneumatico è l’elemento che viene montato sulle ruote e che permette l’aderenza del veicolo sulla strada. Per questo motivo è fondamentale che sia monitorata costantemente la sua pressione al fine di prevedere eventuali perdite di aderenza. Ecco dunque come implementare un sistema TPMS. Un sistema di monitoraggio della pressione dei pneumatici è spesso indicato con la sigla TPMS, acronimo di Tire Pressure Monitoring System. Si tratta di un sistema elettronico progettato con lo scopo di monitorare costantemente la pressione dell’aria presente all’inter no dei pneumatici di un autoveicolo.  Il sistema è spesso indicato anche con la sigla RTPMS (Remote TPMS). Esistono due tipologie differenti di sensori per la misura della pressione: diretti ed indiretti. I primi forniscono  il …

Sensori MEMS: una rivoluzione nel settore sanitario

Anche se la tecnologia MEMS (Micro Electro-Mechanical System) non si può certo definire una novità, in quanto la sua nascita risale a parecchi decenni fa, si può a ragione affermare che solo in tempi recenti è iniziato lo sfruttamento delle sue reali potenzialità. L'integrazione di circuiti elettrici e di strutture meccaniche su un singolo substrato di dimensioni micrometriche, oltre ad essere la tecnologia alla base della maggior parte degli odierni dispositivi indossabili, riveste un ruolo fondamentale nell'implementazione di numerose funzionali degli attuali smartphone. Introduzione Senza dimenticare l'enorme influenza dei MEMS sullo sviluppo delle biotecnologie: grazie a questi minuscoli dispositivi …

I convertitori Capacitance To Digital

I convertitori capacitance-to-digital consentono di convertire la variazione del valore di una capacità in un valore digitale elaborabile da un microcontrollore. Ecco come implementarli sia dal punto di vista digitale che analogico con i dispositivi della Analog Devices. I chip AD7141 e AD7143 della Analog Devices integrano al loro interno dei convertitori Capacitance-to-Digital (CDC), ossia dispositivi che consento di leggere le variazioni del valore di una o più capacità. Questo è molto fruttato in tutti gli apparati elettronici, come palmari o computer portatili, che integrano al loro interno pulsanti, cursori o touchpad. Il principio di funzionamento è ben riassunto nella figura 1. Molti avranno sperimentato, lavorando con circuiti ad alta frequenza, l’effetto di …

I sensori MEMS per la digitalizzazione dell’industria

Le applicazioni IoT e IIoT hanno l'obiettivo di ricavare informazioni utili dai flussi di dati acquisiti dai sensori. Entrambi si basano su un approccio a più livelli in cui i dispositivi periferici comunicano con un'applicazione di alto livello direttamente o attraverso alcune risorse intermedie. I sensori MEMS hanno il potenziale di fornire vantaggi significativi in termini di costi e performance. Introduzione Come con le applicazioni IoT, IIoT utilizza più flussi di dati per fornire informazioni utili. Con l'IIoT, tuttavia, gli sviluppatori delle reti di sensori possono trovarsi a dover affrontare una combinazione di condizioni operative difficili, tra cui limitazioni sul posizionamento e …

I sensori MEMS inerziali per l’automazione

L'automazione di macchinari industriali, che si tratti di produzione, agricoltura, logistica, energia, automobili o veicoli aerei senza equipaggio, promette grandi vantaggi in termini di efficienza delle risorse, accuratezza delle attrezzature e sicurezza. Un fattore chiave per l'ottenimento di questi vantaggi è l'utilizzo di sensoristica di rilevamento per migliorare le condizioni operative. Introduzione L'attenzione rivolta alle applicazioni critiche per la sicurezza sia nel mercato automobilistico sia in quello industriale è in forte crescita, portando nuove e ulteriori pressioni agli ingegneri di sistemi. L'industria automotive è sotto pressione per fornire nuovi sistemi di sicurezza dei veicoli, che vanno dai sistemi airbag di base …

Una piattaforma multi-sensore con interfaccia Arduino

SENSORSHLD1-EVK-101 è una piattaforma shield della ROHM Semiconductor che integra vari sensori (tra cui temperatura, accelerometro, di prossimità) su una singola scheda. La shield utilizza pin di interfaccia standard Arduino, rendendo possibile la connessione a qualsiasi kit di valutazione. Introduzione Sensor Shield (SENSORSHLD1-EVK-101) offre un'alternativa a basso costo che include vari sensori e i pin di interfaccia standard Arduino per il collegamento a qualsiasi kit di sviluppo. Ciò consente la verifica immediata del funzionamento del sensore e facilita la progettazione di dispositivi di sensing, alleggerendo significativamente il carico di sviluppo, promuovendo l'espansione del mercato dei sensori e nello stesso tempo offre …

Progettazione della strumentazione: sfide e soluzioni

La strumentazione consente agli ingegneri di vedere e capire cosa sta accadendo su differenti processi elettronici e meccanici o sistemi. Questi dispositivi ottengono, analizzano e mostrano dati, permettendo agli ingegneri di monitorare e controllare macchinari e realizzare tutte le correzioni necessarie. Durante le prove e la prototipizzazione, gli strumenti consentono miglioramenti dei circuiti così che nuovi e migliori progetti possano essere creati. Strumenti dalle capacità elevate con ampia funzionalità ed utilizzabilità sono necessari per incontrare le sfide di progettazione presentate da una varietà di applicazioni. Introduzione Mercati differenti prevedono caratteristiche diverse per uno strumento: il mercato militare è guidato …

Termocamera VOLTCRAFT PT-32

La termocamera permette di ottenere una distribuzione senza contatto della temperatura su superfici, indicando punto-punto il valore come misurazione diretta. La telecamera Voltcraft può essere impiegata per svariati materiali e superfici in diverse applicazioni. Introduzione Una fotocamera termografica (chiamata anche fotocamera a infrarossi o fotocamera termica o termocamera) è un dispositivo che forma un'immagine utilizzando radiazioni a raggi infrarossi, simile a una fotocamera comune che forma un'immagine con luce visibile. Invece dell'intervallo di 400-700 nanometri della telecamera a luce visibile, le telecamere a infrarossi funzionano con lunghezze d'onda fino a 14.000 nm (14 μm).  In linea generale, la radiazione …

Considerazioni di design per la realizzazione di uno spirometro

In questo articolo vedremo alcune considerazioni hardware e software per realizzare un dispositivo in grado di quantificare le capacità respiratorie di un essere umano, misurando sia i volumi che le portate. I risultati delle misure effettuate da questo dispositivo potranno essere inviate ad un computer per visualizzare graficamente i dati.  Fondamenti di spirometria Vediamo anzitutto di acquisire familiarità con i principali parametri utilizzati nell’ambito della spirometria, analizzando come essi possano essere misurati. Per spirometria si intende una serie di test volti a determinare le capacità respiratorie di una persona. La spirometrica misura la quantità di aria inalata ed espirata …

Firmware 139 Speciale MEMS

È uscito il nuovo numero di Firmware di Ottobre! Il focus di questo mese è dedicato ai MEMS, ecco alcuni articoli: l'innovazione tecnologica dei MEMS, Test di signal integrity su backplane multilayer, la tecnologia audio per il settore MEMS, il secondo articolo del corso VHDL e tanti altri! Buona lettura! La copertina di Firmware n. 139 Il sommario di Firmware n. 139   L’innovazione tecnologica dei sensori MEMS Test di Signal Integrity su backplane multilayer: un approccio automatizzato mediante l’uso di VNA low-cost La tecnologia MEMS per il settore audio Considerazioni progettuali sulla tecnologia GaN Convertitore DC-DC per applicazioni …

Le sorgenti di rumore nei sensori d’immagine CCD

Quando un sensore CCD riprende un’immagine, con essa viene acquisito anche del rumore, come se fosse anch’esso un segnale utile, ma di fatto degradando le prestazioni delle riprese video e fotografiche e quindi la qualità delle immagini. Il principale problema nel trattamento della risoluzione della riduzione del rumore, è il fatto che gran parte del rumore è di tipo random e quindi impossibile da rimuovere completamente dall’immagine. Le principali tipologie di rumore che contribuiscono al degrado della qualità dell’immagine nei sensori CCD sono: lo shot noise, il Thermally generated noise, il Reset Noise, l’Output Amplifier Noise, il Clocking Noise …

Packaging dei sensori MEMS: le sfide per il futuro

I dispositivi realizzati in tecnologia MEMS, in particolare i sensori, sono entrati ormai a far parte della nostra vita di tutti i giorni: autoveicoli, dispositivi mobili, indossabili, smartwatch, dispositivi per il fitness, elettromedicali, sono solo alcune delle applicazioni in cui questa tecnologia ha trovato largo impiego. Le sfide future che questi sensori e dispositivi dovranno affrontare riguardano soprattutto il packaging, con requisiti sempre più stringenti in termini di spessore e dimensioni imposti dal mercato Introduzione La tecnologia MEMS si è ormai infiltrata profondamente nella nostra attività quotidiana, con diversi tipi di sensori e dispositivi utilizzati in applicazioni che spaziano …

L’importanza dei sensori MEMS – Intervista a Andrea Onetti Direttore Generale MEMS Sensors Division @ STMicroelectronics

La sensoristica MEMS si è imposta nel mercato come tecnologia dirompente basata su una combinazione di microelettronica e micromeccanica decisamente affidabile. E' impiegata nei più svariati campi dell'automotive, consumer ed industriale. E' decisamente una tecnologia rivoluzionaria, capace di fornire design elettronici più performanti non solo dal punto di vista delle dimensioni fisiche, ma anche in termini di costi e consumi energetici. Il mercato ha un vasto portafoglio con una forte concorrenza tra le varie aziende che si contengono lo spettro di leader. STMicroelectronics è il principale fornitore di un mercato dei sensori MEMS sempre più al centro dell'attenzione. Molti …

Sensori MEMS high-end per applicazioni industriali, automotive e healthcare

Il portafoglio MEMS high-end di STMicroelectronics comprende varie soluzioni che rappresentano la scelta ideale per applicazioni industriali, healthcare e automotive, tra cui telematica, navigazione, infotainment e sicurezza. La serie di sensori MEMS si compone principalmente di accelerometri ad alto g e giroscopi digitali a 3 assi.   Introduzione L'attenzione sulle applicazioni critiche in termini di sicurezza sia nei mercati automotive che in quelli industriali è notevolmente aumentata, portando nuove pressioni agli ingegneri dei sistemi in quanto devono lavorare per risolvere le sfide di sicurezza.  L'industria automobilistica ha implementato nel corso degli anni nuovi sistemi di sicurezza che vanno dai sistemi …

Le aspettative di mercato dei sensori MEMS

Gli ultimi anni sono stati un periodo d'oro per i mercati dei MEMS con grandi volumi di spedizione guidati dal settore degli smartphone. L'uso di sensori come i microfoni, i sensori inerziali, di pressione e di gas coinvolgono diversi mercati come quello automotive, industriale e aerospace. Introduzione I sensori MEMS utilizzano piccoli componenti meccanici ed elettrici integrati in un solo chip. I relativi mercati stanno crescendo più lentamente rispetto agli ultimi anni a causa della riduzione della domanda di smartphone e di altri dispositivi portatili che sono stati grandi driver di crescita. Yole Developpement nel suo studio propone un'analisi …

Quanto è importante la calibrazione della strumentazione?

La strumentazione scientifica medica è un'area in cui tutti si aspettano precisione e sicurezza. Come i produttori possono fornire apparecchiature "perfette" ad un prezzo ragionevole? In una sola parola, calibrazione. La calibrazione è un confronto delle prestazioni dell'apparecchio con uno standard di precisione noto e una relativa correzione al fine di ridurre al minimo gli errori. Introduzione Le tecniche di calibrazione riducono le tolleranze nelle apparecchiature imperfette pur mantenendo una certa convenienza economica. Tutte le componenti sia meccaniche che elettroniche hanno tolleranze di fabbricazione.  Quando i componenti vengono assemblati in un sistema, le singole tolleranze si sommeranno per crearne …

La tecnologia MEMS per il settore audio

I microfoni e gli altoparlanti MEMS si rivolgono a tutte quelle applicazioni audio dove le piccole dimensioni, l'alta qualità del suono, l'affidabilità e la convenienza sono requisiti fondamentali.  Le soluzioni MEMS audio di ST sono progettate con tecniche di produzione innovative, con l'obiettivo di offrire elevate prestazioni hi-fi dal punto di vista della purezza acustica.  Introduzione La tecnologia MEMS offre robustezza e affidabilità per i microfoni e gli altoparlanti impiegati nei più svariati campi dell'automotive per l'implementazione del controllo vocale, ma anche nelle applicazioni industriali dove l'ambiente operativo richiede determinate condizioni di lavoro. La scienza dei materiali sta introducendo …

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