Mikroelektromehanički sustavi (MEMS) Senzori pritiska široko se koriste u zrakoplovnoj, biomedicini, industrijskoj kontroli i nadzoru okoliša zbog male potrošnje električne energije, male veličine, niskog troška i niskog utjecaja na mjerni objekt. U nekim studijama, piezoresistive ili kapacitivni mems senzori pritiskaju se za realizaciju mjerenja visokog pritiska. Međutim, oba ova piezoresistista i kapacitivni minijaturni senzori visokog pritiska nedostaje tačnost pune raspona zbog teških temperaturnih poremećaja ili loše linearnosti.
Nedavno, prof. Ekipa prof. Junbo Wang i astronautičke informacije, kineska akademija nauka (CAS) razvio je kompozitni mehanizam za savijanje tlaka koji kombiniraju membranski savijanje i glasnoću za rezonantne minijaturne senzore pritiska kako bi se postigla visoko precizno mjerenje visokog pritiska, prema izvještaju McMasters Consulting. Minijaturni senzor izmišljen je pomoću mikromachining tehnologije, a eksperimentalni rezultati pokazuju da je potpuna tačnost senzora ± 0 15% u rasponu tlaka od 0,1 ~ 100 MPa i temperaturni raspon od -10 ~ 50 stepeni. Rezultati povezanih istraživanja pod nazivom su pod nazivom "Rezonantni mikrosenzor visokog pritiska na osnovu kompozitnog mehanizma za savijanje membranskog savijanja i glasnoće pod pritiskom". Kompresija "objavljena je u časopisu Microsystems & Nanoinginering.
Kao što je prikazano na donjoj slici, stanje stresa rezonatora usidreno je na donjoj površini šupljine može odražavati vanjski pritisak kroz kompozitni mehanizam. Šupljina koja sadrži rezonator može se izgraditi sa kompozitnom strukturom sa membranskim savijanjem i količinskim kompresijom. Kroz ovaj kompozitni mehanizam, istraživači su razvili roman rezonantnog minijaturnog senzora visokog pritiska s minijaturiziranom šupljinom koja ojačava dijafragmsku strukturu za veći raspon. Pored toga, visoka tačnost može se postići korištenjem dvostruke rezonatorske šupljine s različitim širinama.
Ukupni dizajn rezonantnog minijaturnog senzora visokog napona
Odabir materijala postignut je {4- inčni soi vaflom (40 μm za sloj uređaja, 2 μm za oksidni sloj i 300 μm za sloj supstrata) i dva 4- inčni silicijum (1 mm i 2 mm debljine, respektivno). Da biste izbjegli uvođenje drugih toplotnih napona i postizanje stabilnog izolacije termičkog stresa, materijal izolacijskog sloja je n-tipa silikon s niskim dopingima i<100>Orijentacija. Glavni procesi izrade uključuju duboka reaktivna ionska ion (Drie), rezonator izdanje, fizički taložnik pare (PVD) i rezbari.
Proces izrade rezonantnog minijaturnog senzora visokog pritiska
Eksperimentalni rezultati pokazuju da se izrađeni rezonantni minijaturni senzor visokog pritiska ima tačnost ± 0. 0 15% pune skale preko raspona tlaka 0 i temperaturni raspon od -10 do 50 stepeni. Osjetljivost tlaka je 261,10 Hz / MPA (~ 2.033 ppm / MPA) na diferencijalnoj frekvenciji. Osjetljivost tlaka diferencijalne frekvencije je 261,10 Hz / MPA (~ 2523 ppm / MPA), a temperatura osjetljivost na dvostruke rezonatore su 1,54 Hz / stepen (~ 14,5 ppm / stepen) i 1,57 Hz / C (~ -15. 6 ppm / stepen) po pritisku 2 MPa. Diferencijalni izlaz ima odličnu stabilnost u rasponu od 0,02 Hz pri stalnoj temperaturi i pritisku.
Eksperimentalna platforma i test Rezultati rezonantnog minijaturnog senzora visokog pritiska
Ukratko, ovjerili su kompozitni mehanizam osjetljivog tlaka osjetljivog tlaka učinkovito shvaćajući konverziju tlaka / stresa kombinirajući kompresiju savijanja i glasnoće membranske i razvijene mullikavity all-silikonski minijaturni senzor visokog pritiska sa dvostrukim rezonatorima. U usporedbi s dva konvencionalna pojedinačna mehanizma, kompozitni mehanizam osjetljiv na tlaku može realizirati visoki raspon mjerenja i veliku preciznost u širokom temperaturnom opsegu. Podudarni dizajn dvostrukih rezonatora sa pozitivnim i negativnim osjetljivošću tlaka može se lako realizirati adaptacijom i kombinacijom dva pojedinačna mehanizma. Diferencijalni izlaz dalje poboljšava osjetljivost i ostvaruje temperaturu samo-kompenzaciju. Eksperimentalni rezultati potvrđuju visoke performanse ovog minijaturnog senzora u smislu tačnosti, faktora kvaliteta, osjetljivosti i stabilnosti. Međutim, slaba membranska struktura mikrozenzora zasnovana na kompozitnom mehanizmu osjetljive na pritisak daljnje širenje raspona tlaka. Budući rad može se fokusirati na daljnju optimizaciju segregacijskog sklopa u smislu stresa i starenja senzora za poboljšanje frekvencijske stabilnosti svakog rezonatora za praktične primjene u mjerenjima visokog pritiska.