[發明專利]一種基于微機電傳感器融合的集成式狀態監測邊緣計算器

有效

• 申請號: 202011446148.X
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112479152B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 鞏書凱;楊斯雅;巴軍;鄧飛
• 申請（專利權）人: 重慶忽米網絡科技有限公司
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81B7/00
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 黃河

本發明公開了一種基于微機電傳感器融合的集成式狀態監測邊緣計算器，其通過把信號采集電路、計算處理電路分別集成在不同的多通道信號采集電子晶圓和計算處理電子晶圓上，把多通道信號采集電子晶圓設計布置在計算處理電子晶圓上，把多個微機電傳感元件布置在多通道信號采集電子晶圓上，實現了傳感元件、采集電路、計算處理電路結構的緊湊性集成布局設計，有利于狀態監測邊緣計算器產品的小型化；同時，還可以進一步的通過對多通道信號采集電子晶圓、計算處理電子晶圓的結構優化設計，減少信號互擾問題，提升集成式狀態監測邊緣計算器產品的工作穩定性。由此可見，本發明的集成式狀態監測邊緣計算器解決方案具備很好的市場應用前景。

技術領域

本發明涉及微機電傳感器技術和工業物聯網技術領域，具體涉及一種基于微機電傳感器融合的集成式狀態監測邊緣計算器。

背景技術

微機電系統（MEMS，Micro-Electro-Mechanical System），也叫做微電子機械系統、微系統、微機械等，是集微傳感器、微執行器、微機械結構、微電源微能源、信號處理和控制電路、高性能電子集成器件、接口、通信等于一體的微型器件或系統。微機電系統側重于超精密機械加工，常見的產品包括MEMS麥克風、微馬達、微泵、微振子、MEMS傳感器等微機電集成產品。

其中，微機電傳感器（MEMS傳感器）是指用微電子微機械加工出來的、用敏感元件如電容、壓電、壓阻、熱電耦、諧振、隧道電流等來感受轉換電信號的器件和系統。主要MEMS傳感器的包括速度、壓力、濕度、溫度、加速度、氣體、磁、光、聲、生物、化學等各種傳感器，并廣泛的在信息通信、生物化學、醫療、自動控制、消費電子等領域得以應用。

在工業物聯網應用中，為了能夠實現對工業設備的工作狀態監測進而進行物聯網設備監控，往往需要對設備的振動、聲音、溫度等工作狀態相關信息進行跟蹤監測，從而根據這些相關信息判斷設備的工作狀態是否正常，特別在一些微小型高精密工業設備上需要用到微機電傳感器進行信息及工作狀態監測。然而，目前的市場上的MEMS傳感器產品通常都是單一功能傳感器，若需要對設備進行振動、聲音、溫度等多維度信息的監測，則需要使用多個MEMS傳感器，這樣不僅使得監測電路安裝和布線布置復雜，而且較多的額外傳感器等裝置的安裝也可能影響工業設備的工作精確性能。不僅如此，在工業物聯網環境中，由于需要進行工作狀態監測的網絡設備眾多，如果全部依靠網絡系統服務器端分別依據每個設備的監測信息進行設備工作狀態的判斷處理，容易造成對網絡系統服務器端計算資源的過量消耗，因此如果能夠通過在設備端的邊緣計算器執行設備工作狀態的判斷處理后直接發送給網絡系統服務器端，則更有利于網絡系統服務器端、乃至整個工業物聯網絡的穩定運行。

由此可見，在工業設備工作狀態監測應用場景中，已經逐漸提出了對能夠實現多方位信息傳感檢測、能夠執行設備工作狀態判斷處理的狀態監測邊緣計算設備的需求。

然而，要依靠現有技術實現上述技術目標還仍存在技術壁壘。首先，現有的單一功能MEMS傳感器，其封裝結構內部的工藝結構主要包括用于執行信號感測采集的微機電傳感元件、用于執行信號采集控制及濾波等預處理的信號采集電路（模擬電路部分）和用于執行數字信號轉換的模數轉換電路（數字電路部分），通常信號采集電路和模數轉換電路集成在一個電子晶圓上，微機電傳感元件則布置在電子晶圓上并通過導電觸點形成數據傳輸連接；如果沿用現有的結構工藝，簡單的將多個不同功能的MEMS傳感器內部工藝結構集成布置在一個封裝內組成一個多功能MEMS傳感器，即，將多個布置有微機電傳感元件的電子晶圓組合集成在一起布置在同一個封裝結構內，不僅容易造成微機電傳感器體積成倍增大、內部電路冗雜，而且不同微機電傳感元件之間的信號互擾因素、不同感測信號采集控制的兼容性等問題都難以得到明確和保證。其次，在多功能微機電傳感器件的集成小型化、穩定性仍存在問題的情況下，要進一步的集成邊緣計算處理電路則變得更加困難。

因此，如何設計更有利于小型化、能夠較好的保證工作穩定性的狀態監測邊緣計算設備產品，開始受到工業物聯網技術領域的重視。

發明內容