V Norsku existuje jedna společnost s názvem Sensonor Technologies AS, která se zabývá vývojem a výrobou špičkových senzorů a snímačů pro měření tlaku a statického či dynamického zrychlení. A to jak v kompaktní verzi pro přímou průmyslovou montáž, tak v kompletně integrované podobě ve formě součástek na desky plošných spojů (DPS).

V jednom z předchozích článků (Kompaktní 3D gyroskop) jste se mohli dočíst o jejich zajímavém kompaktním přesném gyroskopu.

Dnes se podíváme na další zajímavou novinku z jejich sortimentu, tentokrát jde o plně integrovaný senzor tlaku, který má již v sobě mimo kompletního vyhodnocení pomocí vestaveného mikrokontroléru (MCU) i integrovanou bezdrátovou komunikaci (bezdrátový přenos dat). Ten nese označení SP400 a rozšiřuje tak řadu SP300, která bezdrátovou komunikaci neobsahuje. Prakticky tak stačí použít jen jednu integrovanou součástku doplněnou o externí krystalový oscilátor pro realizaci celého bezdrátového snímače napájeného z baterie.

Řídicí a komunikační část senzorů SP400

Řada integrovaných křemíkových senzorů tlaku pro měření v rozsazích 150 kPa až 2 MPa je unikátní v tom, že v sobě obsahuje integrovaný jak vyhodnocovací mikrokontrolér (MCU), tak i bezdrátové komunikační rozhraní v podobě vestavěného RF vysílače pro vysílání dat na větší vzdálenosti a LF přijímače pro nastavení / naprogramování součástky. Vysílač podporuje nosné frekvence 315 a 433 MHz a umožňuje regulaci vysílacího výkonu v rozsahu 5 až 8 dBm, tedy nastavení optimálního vysílacího dosahu. Externí anténa se připojuje na k tomu určený RF Tx vývod. Přijímací část je pak nízkofrekvenční s nosnou frekvencí 125 kHz a amplitudovou ASK modulací. Dále mimo hodnot tlaku lze vysílat informaci o aktuální teplotě součástky z vestavěného teplotního senzoru, informaci o napájecím napětí či o stavu funkce obvodu. Pro identifikaci senzoru slouží možnost vysílání jeho unikátního sériového čísla.

Vysílání a příjem, přípravu a vyhodnocení komunikace, stejně jako zpracování a vyhodnocení snímací části, řídí 8bitové MCU ve spojení s integrovanou FLASH pamětí, na kterém běží základní software (firmware senzoru), který může (ale nemusí) být doplněn o libovolný uživatelský program. Pro ten je ve Flash paměti vyhrazeno 6 kB místa. Senzory SP400 jsou již totiž dodávány s přednastaveným „plug and play“ měřicím programem, který se sám spustí po připojení napájení a vysílá naměřená data na výstupní I/O vývod. Z MCU jsou totiž ven vyvedeny 3 univerzální konfigurovatelné digitální vývody pro drátovou komunikaci s obvodem či přidanou místní jednoduchou indikaci nebo ovládání. Tímto vývodem, konfigurovaným jako vstup, lze součástku nastavit či také naprogramovat /přidat uživatelskou aplikaci do Flash paměti.

Snímací část senzorů SP400

Hlavní částí součástky je však samozřejmě vestavěná snímací část, tedy hlavně miniaturní křemíkový MEMS tlakoměr umožňující měřit tlak plynu prostřednictvím přívodního tlakového otvoru v horní straně pouzdra součástky (14vývodové pouzdro SOIC pro povrchovou SMD montáž), který může být již opatřen „nacvaknutým nástavcem“ pro přímé snadné nasazení přívodní tlakové hadičky o vnitřním průměru 2,50 mm.

V nabídce jsou senzory s následujícími měřicími rozsahy:

• Typ SP400-1.5(T): 0 až 150kPa
• Typ SP400-5A(T): 0 až 500kPa
• Typ SP400-10A(T): 0 až 1MPa
• Typ SP400-20: 0 až 2MPa

Měřicí teplota je omezena provozní teplotou součástky v rozsahu -40 až 125°C.

Snímací část má plně automatickou teplotní kompenzaci, která má při měření tlaku obvykle největší nežádoucí vliv, a je již od výroby v celém příslušném měřicím rozsahu plně kalibrován. Výsledkem je přesnost měření +/- 1,9 kPa u nejnižšího rozsahu 150 kPa (22 psi) až +/- 16 kPa u 2 MPa rozsahu (290 psi), což tedy znamená nepřesnost v řádu 1 % rozsahu.

Vnitřní MEMS struktura snímací části senzoru tlaku společnosti Sensonor tvořená dvěma sekcemi - měřicí a referenční / kompenzační.

Též od vnitřního integrovaného křemíkového teplotního senzoru, který se primárně využívá pro kompenzaci teploty na měření tlaku, lze hodnoty vysílat ven ze součástky pro další nadřazené aplikace, stejně jako informaci o napájení. To je definováno rozpětím 2,1 až 3,6 V DC a jeho měření probíhá s přesností +/- 30 mV. Přesnost teploměru je pak v celém provozním rozsahu součástky 1,5°C. Spotřeba obvodu jen do 0,7 mikroA v powerdown režimu během nečinnosti (v době mezí měřeními) při napájení 3 V DC je ideální pro bateriové napájení.

Rozšíření senzoru SP400 o akcelerometr

To však není vše. Některé typu senzorů tlaku řady SP400 jsou ještě navíc vybaveny vestavěným senzorem zrychlení, tedy akcelerometrem. Společnost Sensonor jej již ve výrobě má v podobě samostatné součástky, tak proč jej nevyužít a neintegrovat i do dalších struktur? Tedy najednou zde máme multiměřicí senzor umožňující současně snímat tlak, teplotu i zrychlení. Máte tedy již prakticky kompletní senzor pro měření povahy okolního prostředí v němž je umístěn. Samozřejmě akcelerometr je méně přesný než samostatný integrovaný akcelerometr, ale přesto je měřicí rozsah 0 až 115 g a přesností +/- 5 % rozsahu (tedy +/- 5,75 g) pro monitorovací aplikace plně dostačující.

Přehled základních parametrů

• Měřicí rozsah tlaku: 0 – 150/500/1000/2000 kPa
  • Chyba měření tlaku: +/- 1,9 / 4,1 / 9,0 / 16 kPa (dle rozsahu)
• Měřicí rozsah teploty: -40 až + 125 °C
  • Chyba měření teploty: +/- 1,5 °C
• Měření napájecího napětí: 2,1 až 3,6 V DC
  • Chyba měření napětí: +/- 30 mV
• Měřicí rozsah zrychlení: 0 až 115 g
  • Chyba měření zrychlení: +/- 5 %
• Napájecí napětí: 2,1 až 3,6 VDC
• Spotřeba: max. 0,7 mikroA v powerdown režimu
• Provozní teplotní rozsah: -40 až +125 °C
• Komunikační rozhraní: bezdrátové
  • RF vysílač 315 a 433 MHz, 5 až 8 dBm
  • LF přijímač 125 kHz
• Vestavěné MCU s RAM a Flash pamětí
• Software: Firmware + případně uživatelský program (max. 6kB)
• Pouzdro: SMD 14pin SOIC

DOWNLOAD & Odkazy

• Stránky výrobce norské společnosti Sensonor Technologies AS - www.sensonor.com
• Odkaz informační leták výrobce - http://www.sensonor.com/media/68187/product...
• Další články a testy o snímačích, PLC, komponentech nejen pro průmyslové aplikace najdete na stránkách serveru automatizace.HW.cz