سنسور فشار MEMS

سنسورهای فشار MEMS هسته مطلق و جریان اصلی فناوری سنجش فشار مدرن هستند. آنها انقلابی در کوچک سازی، هوشمندی و هزینه کم هستند.

 

MEMS یا میکرو{0}}الکترو-سیستم‌های مکانیکی، به سیستم‌های مینیاتوری مکانیکی و الکترونیکی اطلاق می‌شود که به صورت عمده روی ویفرهای سیلیکونی با استفاده از فرآیندهای ساخت مدار مجتمع (IC) تولید می‌شوند.

هسته سنسور فشار MEMS یک دیافراگم سیلیکونی در مقیاس میکرومتر-می باشد. فشار وارد بر این دیافراگم باعث تغییر شکل آن می شود. این تغییر شکل ویژگی های الکتریکی عناصر حسگر یکپارچه را تغییر می دهد و با اندازه گیری این تغییرات الکتریکی می توان مقدار فشار را بدست آورد. بر اساس اصل سنجش، آنها عمدتا به انواع زیر تقسیم می شوند:

• اصل: عناصر Piezoresistive بر روی دیافراگم سیلیکونی از طریق یک فرآیند دوپینگ ایجاد می‌شوند و به یکدیگر متصل می‌شوند تا پل وتستون را تشکیل دهند. هنگامی که دیافراگم تحت فشار تغییر شکل می‌دهد، مقادیر مقاومت تغییر می‌کند و باعث می‌شود که پل سیگنال ولتاژی متناسب با فشار تولید کند.
• ویژگی ها: فناوری بالغ، ساختار ساده، سیگنال خروجی بزرگ، هزینه کم. این رایج ترین و مقرون به صرفه ترین نوع سنسور فشار MEMS است. با این حال، به دما حساس است و نیاز به جبران دما دارد.

• اصل: دیافراگم سیلیکونی به عنوان یک صفحه خازن عمل می کند و یک خازن مینیاتوری را با صفحه ثابت دیگری تشکیل می دهد. فشار دیافراگم را تغییر شکل می دهد و فاصله بین دو صفحه را تغییر می دهد و در نتیجه باعث تغییر در ظرفیت خازنی می شود.
• مشخصات: مصرف انرژی کم، حساسیت بالا، ویژگی های دمایی خوب، مقاومت در برابر اضافه بار قوی. اغلب در میدان‌های اندازه‌گیری کم-قدرت و فشار کم-استفاده می‌شود.

• اصل: فشار باعث تغییر تنش در دیافراگم سیلیکونی می شود که فرکانس طبیعی یک پرتو تشدید مینیاتوری ساخته شده روی آن را تغییر می دهد. فشار با اندازه گیری تغییر فرکانس حس می شود.
• مشخصات: دقت بسیار بالا، پایداری خوب، خروجی دیجیتال (فرکانس). با این حال، ساختار پیچیده است، هزینه آن بالا است، و عمدتاً در زمینه‌های{1} صنعتی و هوافضایی پیشرفته استفاده می‌شود.

حسگرهای فشار MEMS بر روی ویفرهای سیلیکونی با استفاده از فرآیندهای نیمه هادی استاندارد (مانند فتولیتوگرافی، اچینگ، انتشار، لایه نازک-رسوب) ساخته می شوند. مرحله کلیدی تشکیل حفره و دیافراگم تحت فشار است که معمولاً با استفاده از تکنیک‌های ریزماشین کاری عمده یا میکروماشین کاری سطحی انجام می‌شود.

در مقایسه با سنسورهای فشار دیافراگم مکانیکی یا فلزی سنتی، سنسورهای فشار MEMS مزایای زیادی دارند:

• کوچک سازی:اندازه می تواند به کوچکی مقیاس میلی متر یا حتی میکرومتر باشد، که باعث می شود به راحتی یکپارچه شوند.
• تولید انبوه و کم هزینه:به طور همزمان در هزاران ویفر درست مانند تراشه ها تولید می شود و هزینه هر حسگر را به شدت کاهش می دهد.
• دقت بالا و قابلیت اطمینان بالا:بدون قطعات متحرک، عمر خستگی طولانی.
• مصرف برق کم:مخصوصاً برای دستگاه‌های قابل حمل{0}}با باتری مناسب است.
• هوش:مدارهای تهویه سیگنال، ریزپردازنده‌ها، سنسورهای دما و غیره را می‌توان به راحتی روی همان تراشه واحد حسگر ادغام کرد و یک "سیستم-روی-تراشه" را برای دستیابی به جبران خود-خود کالیبراسیون-و خروجی دیجیتال تشکیل داد.

فشار مرجع خلاء است. فشار را نسبت به خلاء کامل اندازه گیری می کند.

کاربردها: ارتفاع سنج، ایستگاه های هواشناسی، سیستم های خلاء.

فشار مرجع فشار اتمسفر فعلی است. فشار را نسبت به فشار اتمسفر اندازه گیری می کند. به طور معمول دارای یک سوراخ دریچه در محفظه است.

کاربردها: مانیتور فشار خون، فشارسنج، کنترل فرآیند صنعتی (به عنوان مثال، فشار خط لوله).

برنامه های کاربردی: اندازه گیری جریان، نظارت بر گرفتگی فیلتر، اندازه گیری سطح مایع.

تگ های محبوب: سنسور فشار mems، تامین کنندگان سنسور فشار mems چین