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基于微機(jī)電系統(tǒng)的智能手表

中科院半導(dǎo)體所 ? 來源:悅智網(wǎng) ? 2024-04-28 11:18 ? 次閱讀
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新型手表電機(jī)技術(shù)試圖超越智能手表。

半個(gè)多世紀(jì)以來,一直是計(jì)時(shí)市場支柱的指針式石英手表終于要進(jìn)行高技術(shù)改造了?使用硅微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)生產(chǎn)的用于指針式手表的全新手表電機(jī),與目前手表中使用的標(biāo)準(zhǔn)步進(jìn)電機(jī)相比,其尺寸縮小一半,效率大約是前者的3倍。

在當(dāng)今這個(gè)智能手表的時(shí)代,指針式手表真的可行嗎?

了解一下現(xiàn)實(shí)情況。根據(jù)研究公司搜集的數(shù)據(jù),近年來,指針式石英手表實(shí)際上占據(jù)了傳統(tǒng)手表市場近3/4的份額,2023年,其整體市值約為660億美元,估計(jì)略高于全球智能手表市場。

但是,當(dāng)今的指針式石英手表在技術(shù)上與第一款石英表相比沒有變化。57年前,瑞士財(cái)團(tuán)和日本鐘表制造商精工株式會(huì)社推出第一款石英表。這些手表與今天的手表一樣,使用一種名為拉維特(Lavet)的同步直流步進(jìn)電機(jī),該電機(jī)由法國工程師馬里烏斯?拉維特(Marius Lavet)于1936年發(fā)明。

1996年,法國工程師帕特里斯?米諾蒂(Patrice Minotti)抓住了使用硅微機(jī)電系統(tǒng)制造手表電機(jī)的想法。米諾蒂在一封電子郵件中寫道:“我個(gè)人受到了第一臺(tái)集成電路靜電式電機(jī)的啟發(fā),第一臺(tái)基于集成電路的微機(jī)電系統(tǒng)電機(jī)是(加州大學(xué)伯克利分校的)理查德?穆勒(Richard Muller)幾年前發(fā)明的。雖然它是一個(gè)令人贊嘆的實(shí)驗(yàn)室演示品,但到目前為止,它還不能驅(qū)動(dòng)手表的指針……而我設(shè)想了一種新的微機(jī)電系統(tǒng)電機(jī)架構(gòu),它能夠大幅提高當(dāng)前最先進(jìn)的靜電微機(jī)電電機(jī)的驅(qū)動(dòng)扭矩?!?/p>

微機(jī)電系統(tǒng)采用的是梳狀驅(qū)動(dòng)式致動(dòng)器。要理解其工作原理,可以設(shè)想兩個(gè)梳齒間隔很大的梳子,它們面對(duì)面擺放,梳齒交錯(cuò)。施加在每個(gè)梳子上的電壓產(chǎn)生靜電吸引力或排斥力,使得兩個(gè)梳子相互靠近或遠(yuǎn)離。移動(dòng)的梳子與杠桿和曲軸連接,實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)是需要2000個(gè)這樣的梳子,才能產(chǎn)生足夠的扭矩來直接移動(dòng)手表的指針,而不用任何齒輪裝置。 此外,還有一個(gè)難點(diǎn):需要利用3伏手表電池產(chǎn)生110伏信號(hào),為靜電梳狀驅(qū)動(dòng)器供電。目前的微機(jī)電電機(jī)是通過僅占用2平方毫米的專用集成電路來實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的。

通過調(diào)整微機(jī)電電機(jī)設(shè)計(jì)形式,易于手表制造商生產(chǎn)制造。他們目前的形式是,電機(jī)(每根手表指針一個(gè))和手表的所有其他部件都可直接焊接在一個(gè)安裝于表面的印刷電路板上。

這種緊湊性和易集成性對(duì)混合式智能手表制造商尤其有利。這些手表具有智能手表的許多功能,例如脈搏和睡眠監(jiān)測、健身跟蹤、藍(lán)牙通信、信息顯示等,也像傳統(tǒng)的指針式手表一樣有指針,當(dāng)然,也有電機(jī)。混合式手表由于必須將電機(jī)與各種電子傳感器和顯示器結(jié)合起來,因此其尺寸一般很大,表殼內(nèi)的空間往往很擠。

人們很看好這些混合式智能手表市場的擴(kuò)張,其電機(jī)非常適合這些手表。“在一款典型的混合式智能手表中,電機(jī)占據(jù)了表殼內(nèi)部70%的空間?!币虼耍C(jī)電電機(jī)的尺寸越小,意味著有越多的空間來容納其他電子元件和傳感器?;蛘撸罱K可制成足夠小巧的手表,適合一般粗細(xì)手腕的人佩戴。

此外,微機(jī)電電機(jī)可以直接與其他電子元件集成,因此制造更簡單。研究人員表示:“可以認(rèn)為所有的手表、可穿戴設(shè)備都將實(shí)現(xiàn)完全電子化?!?/p>

審核編輯:黃飛

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原文標(biāo)題:用微機(jī)電系統(tǒng)制造更好的手表

文章出處:【微信號(hào):bdtdsj,微信公眾號(hào):中科院半導(dǎo)體所】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

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