Detèktè sonanse yon kalite detèktè quasi-dijital ki itilize kantite fizik ki mezire pou chanje karakteristik sonorite estrikti sansib a sonan ak siyal frekans yo soti dirèkteman. Detèktè sa yo opere nan eta mekanik sonan nan estrikti sansib sonan (ke yo rele tou yon resonator oswa yon eleman sonan), yo mwens afekte pa chanjman nan paramèt sikwi ekstèn, epi posede rezolisyon relativman wo, estabilite, ak kapasite anti-entèferans.
Nan premye etap la, detèktè sonan sitou itilize materyèl tankou metal oswa kwats pou prepare estrikti sansib sonan, tankou silenn sonan, dyafram sonan, ak fouchèt akor konpoze. Korespondan, gwosè yo nan pwodwi yo Capteur ki enpòtan yo te gwo ak konsomasyon pouvwa yo te wo. Depi nan fen ane 1980 yo, kèk konpayi entènasyonal ki byen koni te pwofite de ekselan pwopriyete fizik materyèl Silisyòm ak konbine avèk teknik pwosesis MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) pou fabrike silisyòm mikwo-detèktè sonorite estriktire. Dimansyon karakteristik detèktè sa yo ka rive nan nivo micron oswa menm nivo sub-mikwon. Reprezantan tipik nan kalite detèktè sa yo se silikon mikwo-detèktè presyon sonan ak Silisyòm mikwo-akseleromètr sonan.
Silisyòm mikwo-detèktè sonan pa sèlman posede pèfòmans ekselan nan detèktè sonan jeneral, men tou gen karakteristik ti gwosè, konsomasyon pouvwa ki ba, repons dinamik rapid, entegrasyon fasil, ak pwodiksyon an mas. Se poutèt sa, yo lajman ki itilize nan domèn tankou kontwòl endistriyèl, elektwonik konsomatè, ak ayewospasyal. Avèk devlopman kontinyèl nan teknoloji pwosesis MEMS ak ogmantasyon kontinyèl nan kondisyon aplikasyon pratik, detèktè mikwo-sonan kontinye devlope nan direksyon pou pèfòmans segondè, segondè sansiblite, miniaturizasyon, e menm direksyon nan Nano-Systèm Elektwomekanik (NEMS). Sepandan, depi estrikti Silisyòm mikwo-yo gen tandans fè defo lè yo redwi a kèk santèn gwosè nanomèt, li difisil pou plis diminye gwosè karakteristik detèktè korespondan yo, ki limite pèfòmans mezi ak aplikasyon jaden Silisyòm mikwo-sonan. Se poutèt sa, eksplore nouvo materyèl ki ka itilize pou pèfòmans ekselan ak ti gwosè ak devlope nouvo kalite detèktè sonan natirèlman vin tounen yon tandans devlopman potansyèl nan detèktè mikwo-sonan.
Teyori Fondamantal nan Silisyòm Micro - Detèktè Resonan
Mekanis sansib sonan
Prensip k ap travay nan detèktè sonan yo chita nan itilizasyon prensip fidbak pozitif - pou fòme yon sistèm eksite pwòp - bouk fèmen - ki gen ladann yon resonatè, yon inite eksitasyon/deteksyon, ak yon inite anplifikasyon, jan yo montre nan figi ki anba a. Pami yo, estrikti sansib - sonan se pati debaz sistèm bouk fèmen - la epi li fonksyone nan pwòp mòd vibrasyon natirèl li. Inite eksitasyon an jenere yon siyal eksitasyon pou lakòz estrikti sansib - sonan pou pwodui vibrasyon mekanik. Inite deteksyon an pran siyal Vibration li yo epi konvèti li an yon siyal elektrik. Apre yo fin trete pa inite anplifikasyon an, li konvèti nan yon fòs eksitasyon atravè inite eksitasyon an epi pozitivman tounen nan resonatè a pou kenbe vibrasyon frekans ki estab - resonatè a nan frekans sonans li yo. Kantite a mezire modile eta a sonan nan resonatè a atravè yon sèten fason. Lè w mezire siyal frekans pwodiksyon -, yo ka kalkile grandè kantite yo mezire. Pou detèktè mikwo - sonan, estrikti sansib - sonan yo prepare pa teknoloji machining mikwo -, ak dimansyon jeyometrik yo ka rive nan lòd plizyè santèn oswa menm dè dizèn de mikro. Atravè konsepsyon yon estrikti sansib rezonab sonan -, konbine avèk plizyè paramèt sansib tankou frekans vibrasyon, faz, ak anplitid resonatè a, mezi divès kantite fizik tankou fòs, akselerasyon, ak vitès angilè ka reyalize.
Konsepsyon estrikti-sansib resonan yo
Estrikti sansib -sonans lan se eleman debaz divès detèktè sonans epi li responsab pou dirèkteman oswa endirèkteman detekte kantite yo dwe mezire. Konsepsyon li pral afekte dirèkteman mezi presizyon, sansiblite, pèfòmans dinamik ak lòt endikatè Capteur a. An tèm de fòm estriktirèl, estrikti mikwo-sansib yo souvan itilize nan detèktè mikwo-sonan yo gen ladan manbràn sonans, travès sonan, doub-fouchèt akor fiks ak sou sa. Pami yo, gwo bout bwa a sonan ak vibre estrikti fouchèt akor yo pi lajman itilize nan detèktè presyon mikwo-sonan ak detèktè akseleromètr.
Nan detèktè presyon Silisyòm mikwo-sonans, estrikti sansib-sonan an anjeneral divize an de metòd aplikasyon klasik selon si kantite yo dwe mezire an kontak dirèk ak li:
Youn nan se estrikti a manbràn sonan, jan yo montre nan figi ki anba a. Nan estrikti sa a, presyon an dirèkteman aji sou dyafram nan sonan, chanje rèd ekivalan li yo, ak vibrasyon an eksite pa eleman yo eksitasyon mete sou dyafram nan tèt li. Estrikti sa a gen kondisyon pwosesis senp. Sepandan, depi dyafram nan tèt li an kontak dirèk ak mwayen ki mezire, pou estrikti dyafram nan nivo micron oswa menm nanomèt, pwoblèm nan dissipation enèji Vibration ki te koze pa kantite yo dwe mezire bezwen konsidere.
Yon lòt apwòch se yon estrikti sansib konpoze ki konpoze de yon dyafram -sansib presyon ak yon resonator. Nan estrikti sa a, eleman sansib sonan an anjeneral mete nan yon pozisyon apwopriye sou dyafram sansib a presyon -e li responsab pou endirèkteman deteksyon kantite yo dwe mezire. Anba aksyon chaj presyon an, dyafram nan defòme, sa ki lakòz yon chanjman nan estrès axial eleman sansib la e konsa chanje frekans sonans li yo. Avantaj eksepsyonèl nan estrikti a konpoze sansib se ke eleman nan rezonans sansib izole nan mwayen an mezire, evite enfliyans dirèk nan lèt la. Anplis, eleman sansib la ka travay nan yon anviwònman vakyòm, ki benefisye pou kenbe yon faktè bon jan kalite relativman wo. Anplis de sa, ranje mezi a ka chanje lè w ajiste paramèt estriktirèl presyon -sansib dyafram la.
Resonan materyèl sansib
Kounye a, ak devlopman kontinyèl nan teknoloji MEMS ak chanjman ki fèt nan kondisyon anviwònman aplikasyon an nan detèktè, kondisyon yo pou gwosè a nan detèktè mikwo-sonan yo ap ogmante piti piti. Pami yo, gwosè estrikti sansib -sonan an ap tranzisyon piti piti soti nan nivo micron nan nivo nanomèt. Sepandan, pwopriyete fizik materyèl Silisyòm yo pa andomaje. Lè epesè li yo redwi a plizyè santèn nanomèt, domaj yo gen tandans rive, ak pwoblèm tankou difikilte nan kontwole kalite aparèy ak inifòmite pòv yo gen chans rive nan leve. Se poutèt sa, li se byen nesesè yo chèche nouvo solisyon.
Avèk eksplorasyon aktif chèchè domestik ak etranje yo, yo te aplike yon kantite nanomateryèl, tankou dyaman ak nanotub kabòn, nan domèn detèktè mikwo/nano{0}}elektwomekanik. Sepandan, gen relativman kèk rapò literati ki gen rapò ak detèktè sonan. Nan kèk ane ki sot pase yo, grafèn, yon nanomateryèl émergentes, te atire atansyon toupatou nan men ekspè ak entelektyèl nan jaden an Capteur akòz inik li yo mekanik, elektrik, optik ak lòt pwopriyete. Li te pote nouvo lide rechèch ak opòtinite pou devlopman nan nouvo kalite detèktè mikwo-sonans ak menm nano-detèktè sonorite elektwomekanik, e li espere ranplase materyèl Silisyòm ak deklanche chanjman revolisyonè nan jaden an nan detèktè sonan.