[发明专利]一种基于微机电传感器融合的集成式状态监测边缘计算器

说明书

本发明公开了一种基于微机电传感器融合的集成式状态监测边缘计算器，其通过把信号采集电路、计算处理电路分别集成在不同的多通道信号采集电子晶圆和计算处理电子晶圆上，把多通道信号采集电子晶圆设计布置在计算处理电子晶圆上，把多个微机电传感元件布置在多通道信号采集电子晶圆上，实现了传感元件、采集电路、计算处理电路结构的紧凑性集成布局设计，有利于状态监测边缘计算器产品的小型化；同时，还可以进一步的通过对多通道信号采集电子晶圆、计算处理电子晶圆的结构优化设计，减少信号互扰问题，提升集成式状态监测边缘计算器产品的工作稳定性。由此可见，本发明的集成式状态监测边缘计算器解决方案具备很好的市场应用前景。

技术领域

本发明涉及微机电传感器技术和工业物联网技术领域，具体涉及一种基于微机电传感器融合的集成式状态监测边缘计算器。

背景技术

微机电系统（MEMS，Micro-Electro-Mechanical System），也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或系统。微机电系统侧重于超精密机械加工，常见的产品包括MEMS麦克风、微马达、微泵、微振子、MEMS传感器等微机电集成产品。

其中，微机电传感器（MEMS传感器）是指用微电子微机械加工出来的、用敏感元件如电容、压电、压阻、热电耦、谐振、隧道电流等来感受转换电信号的器件和系统。主要MEMS传感器的包括速度、压力、湿度、温度、加速度、气体、磁、光、声、生物、化学等各种传感器，并广泛的在信息通信、生物化学、医疗、自动控制、消费电子等领域得以应用。

在工业物联网应用中，为了能够实现对工业设备的工作状态监测进而进行物联网设备监控，往往需要对设备的振动、声音、温度等工作状态相关信息进行跟踪监测，从而根据这些相关信息判断设备的工作状态是否正常，特别在一些微小型高精密工业设备上需要用到微机电传感器进行信息及工作状态监测。然而，目前的市场上的MEMS传感器产品通常都是单一功能传感器，若需要对设备进行振动、声音、温度等多维度信息的监测，则需要使用多个MEMS传感器，这样不仅使得监测电路安装和布线布置复杂，而且较多的额外传感器等装置的安装也可能影响工业设备的工作精确性能。不仅如此，在工业物联网环境中，由于需要进行工作状态监测的网络设备众多，如果全部依靠网络系统服务器端分别依据每个设备的监测信息进行设备工作状态的判断处理，容易造成对网络系统服务器端计算资源的过量消耗，因此如果能够通过在设备端的边缘计算器执行设备工作状态的判断处理后直接发送给网络系统服务器端，则更有利于网络系统服务器端、乃至整个工业物联网络的稳定运行。

由此可见，在工业设备工作状态监测应用场景中，已经逐渐提出了对能够实现多方位信息传感检测、能够执行设备工作状态判断处理的状态监测边缘计算设备的需求。

然而，要依靠现有技术实现上述技术目标还仍存在技术壁垒。首先，现有的单一功能MEMS传感器，其封装结构内部的工艺结构主要包括用于执行信号感测采集的微机电传感元件、用于执行信号采集控制及滤波等预处理的信号采集电路（模拟电路部分）和用于执行数字信号转换的模数转换电路（数字电路部分），通常信号采集电路和模数转换电路集成在一个电子晶圆上，微机电传感元件则布置在电子晶圆上并通过导电触点形成数据传输连接；如果沿用现有的结构工艺，简单的将多个不同功能的MEMS传感器内部工艺结构集成布置在一个封装内组成一个多功能MEMS传感器，即，将多个布置有微机电传感元件的电子晶圆组合集成在一起布置在同一个封装结构内，不仅容易造成微机电传感器体积成倍增大、内部电路冗杂，而且不同微机电传感元件之间的信号互扰因素、不同感测信号采集控制的兼容性等问题都难以得到明确和保证。其次，在多功能微机电传感器件的集成小型化、稳定性仍存在问题的情况下，要进一步的集成边缘计算处理电路则变得更加困难。

因此，如何设计更有利于小型化、能够较好的保证工作稳定性的状态监测边缘计算设备产品，开始受到工业物联网技术领域的重视。

发明内容