X'inhu MEMS Pressure Sensor?
MEMS hija l-abbrevjazzjoni ta 'Mikro Electro Mechanical Systems, jiġifieri, sistemi mikroelettromekkaniċi. It-teknoloġija MEMS hija mfaħħra bħala waħda mit-teknoloġija għolja-rivoluzzjonarja fis-seklu 21 u tista' tiġi rintraċċata lura għas-snin ħamsin.
It-teknoloġija tas-Sistemi Mikroelettromekkaniċi (MEMS) tirreferi għat-teknoloġija tad-disinn, il-manifattura, il-kejl u l-kontroll tal-materjali tal-mikron/nanometru.
Is-senser tal-pressjoni MEMS huwa sensor tal-pressjoni manifatturat mill-proċess tal-manifattura li jgħaqqad it-teknoloġija tal-mikroelettronika u t-teknoloġija tal-mikromachining (inkluż il-mikromachining tal-massa tas-silikon, il-mikromagni tal-wiċċ tas-silikon, it-twaħħil u teknoloġiji oħra). Is-sensorju tal-pressjoni MEMS juri prestazzjoni eċċellenti f'diversi aspetti bħad-daqs, l-eżattezza u l-veloċità tar-rispons.
Klassifikazzjoni tas-Sensuri tal-Pressjoni MEMS
Ibbażat fuq prinċipji ta 'ħidma differenti, sensuri tal-pressjoni MEMS ibbażati fuq materjali tas-silikon jistgħu jinqasmu fi tliet kategoriji: tip piezoresistive tas-silikon, tip capacitive tas-silikon u tip reżonanti tas-silikon.
Sensuri tal-Pressjoni Piezoreżistivi tas-Silikon
L-effett piezoresistive jirreferi għall-fenomenu li meta materjal semikonduttur ikun soġġett għal stress, jikkawża bidliet fil-faxxa tal-enerġija, iċ-ċaqliq tal-enerġija tal-widien, u b'hekk ibiddel ir-reżistenza tar-reżistenza tas-semikondutturi.
Is-sensor tal-pressjoni piezoresistive huwa sensor tal-pressjoni ddisinjat billi juża l-effett piezoresistive. Hija karatteristiċi daqs żgħir, sensittività għolja u rispons rapidu. Madankollu, il-proċess tal-manifattura tiegħu huwa kumpless u huwa faċilment affettwat mit-temperatura u l-vibrazzjoni, u b'hekk jeħtieġ kumpens tat-temperatura.
Sensuri tal-Pressjoni Kapaċità tas-Silikon
Is-sensor tal-pressjoni abilità tas-silikon huwa tip ta 'sensur tal-pressjoni li juża materjali tas-silikon bħala elementi sensing u jikkonverti l-bidliet tal-kwantità mkejla f'bidliet ta' kapaċità.
Ġeneralment juża film ċirkolari tal-metall jew film-plated tal-metall bħala elettrodu wieħed tal-kapaċitatur. Meta l-film jiddeforma taħt l-influwenza tal-pressjoni, il-kapaċità ffurmata bejn il-film u l-elettrodu fiss tinbidel. Permezz taċ-ċirkwit tal-kejl, jista 'jinħareġ sinjal elettriku li għandu ċerta relazzjoni mal-vultaġġ.
Il-vantaġġi ta 'dan it-tip ta' sensor jinkludu sensittività għolja, stabbiltà tajba, u firxa lineari wiesgħa. Madankollu, l-iżvantaġġi tiegħu huma spiża relattivament għolja u faċilment affettwati mit-temperatura u l-umdità.
Sensuri tal-Pressjoni Reżonanti tas-Silikon
Is-senser tal-pressjoni reżonanti tas-silikon huwa tip ta 'sensur tal-pressjoni li, ibbażat fuq il-prinċipju li l-bidla fil-pressjoni esterna fuq il-materjal tas-silikon tikkawża l-bidla fil-frekwenza reżonanti tar-reżonatur, tikkonverti l-bidla fil-pressjoni mkejla fil-bidla fil-frekwenza reżonanti.
Is-sensorju tal-pressjoni reżonanti tas-silikon għandu preċiżjoni għolja, riżoluzzjoni għolja, kapaċità għolja ta 'anti-interferenza, li huwa adattat għal trażmissjoni ta'-distanza twila, u li jista 'jkun imqabbad direttament ma' apparat diġitali. Madankollu, għandu ċiklu ta 'produzzjoni twil, spiża għolja, u l-frekwenza tal-ħruġ u l-kwantità mkejla ħafna drabi jkunu f'relazzjoni mhux lineari.
Prinċipju tax-Xogħol ta 'Sensuri tal-Pressjoni Piezoresistive
L-element sensittiv ta 'sensor tal-pressjoni piezoresistive MEMS jikkonsisti f'ċippa sensittiva u sottostrat ta' appoġġ. Il-parametri karatteristiċi inizjali tal-element sensittiv jissolidifikaw indikaturi ta 'parametri ewlenin multipli tas-sensor u huma l-qalba tas-sensor.
Iċ-ċippa sensittiva tal-pressjoni pieżoresistive tas-silikon - hija ċippa sensittiva li fiha l-element sensittiv u l-element ta 'konverżjoni huma integrati fuq l-istess substrat wieħed tas-silikon tal-kristall -. L-element sensittiv għas-sensing tal-pressjoni huwa dijaframma planari tas-silikon elastika b'periferija ssiġillata u fissa. Il-materjal tas-silikon fuq in-naħa ta 'wara tad-dijaframma jitneħħa biex tifforma kavità forma ta' - piramida - kwadrangulari maqluba. Id-dijaframmi elastiċi tas-silikon bi ħxuna differenti jiddeterminaw firxiet differenti ta 'kejl tal-pressjoni, sensittivitajiet, u kapaċitajiet ta' tagħbija żejda.
Sabiex tiġi ottimizzata s-saħħa tal-ħitan tal-ġnub ta 'appoġġ madwar id-dijaframma, l-iżolament tal-istress tal-ippakkjar riġidu, u l-prestazzjoni tal-insulazzjoni elettrika tas-sottostrat taċ-ċippa, is-sottostrat tas-silikon taċ-ċippa għandu jiġi laminat fuq sottostrat tal-ħġieġ oħxon b'karatteristiċi ta' espansjoni termali li jaqblu. Wara l-laminazzjoni, iċ-ċipep bil-kavità li tikkomunika mal-pressjoni atmosferika ambjentali jistgħu jintużaw għall-kejl tal-pressjoni tal-kejl, filwaqt li ċ-ċipep bil-kavità iżolata mill-pressjoni atmosferika ambjentali jistgħu jintużaw għall-kejl tal-pressjoni assoluta.
Ir-resistors piezoresistive tas-silikon imxerred li jikkonvertu l-pressjoni mkejla sensata f'sinjali elettriċi jinsabu fuq is-saff tal-wiċċ ta 'fuq tad-dijaframma ċatta. Id-disinn konvenzjonali huwa li tpoġġi r-resistors piezoresistive ħdejn it-tarf jew iċ-ċentru tad-dijaframma ċatta. Meta d-dijaframma ċatta tiddeforma taħt l-azzjoni tal-pressjoni mkejla, taħt il-premessa ta 'deflessjoni żgħira tad-dijaframma (id-deflessjoni massima fiċ-ċentru tad-dijaframma hija ferm inqas minn 500 mikrostrains), billi tuża l-bidla fir-reżistività piezoresistive, sinjal elettriku li jinbidel b'mod lineari mad-diflessjoni tad-dijaframma, li hija bidla fil-pressjoni tad-diaphrag.
Biex tiġi ottimizzata l-prestazzjoni tal-kejl taċ-ċippa sensittiva, l-erba 'resistors sensittivi piezoresistive huma rranġati fuq il-pjan biex jiffurmaw pont Wheatstone. Meta tiġi applikata l-pressjoni mkejla, ir-reżistenza ta 'par wieħed ta' armi opposti tiżdied, filwaqt li r-reżistenza tal-par l-ieħor ta 'armi opposti tonqos, u b'hekk il-produzzjoni tal-vultaġġ żbilanċjat tal-pont ta' Wheatstone tinbidel b'mod lineari mal-pressjoni mkejla.
Applikazzjonijiet ta 'Sensuri tal-Pressjoni Piezoresistive
Is-sensuri tal-pressjoni piezoresistive MEMS jintużaw ħafna f'diversi industriji u oqsma, bħal aerospazjali, navigazzjoni, industrija petrokimika, manifattura u awtomazzjoni mekkanika, konservazzjoni tal-ilma u idroenerġija, gassijiet industrijali, inġinerija bijomedika, meteoroloġija, ġeoloġija, kejl ta 'terremoti eċċ.