Uchel-Chwyldro Synhwyro Pwysau Cywirdeb trwy Ficro-Nano Technology

Fel technoleg aflonyddgar ym maes mesur pwysau, mae'r synhwyrydd pwysau soniarus silicon yn ail-lunio'r system mesur a rheoli diwydiannol gyda chywirdeb a sefydlogrwydd rhyfeddol. Mae'r synhwyrydd manwl hwn, sy'n seiliedig ar dechnoleg System Fecanyddol Micro - Electro - (MEMS), yn integreiddio'n berffaith yr egwyddor o gyseiniant mecanyddol â phrosesau lled-ddargludyddion, gan ddangos manteision technegol unigryw mewn meysydd pen uchel - megis peirianneg awyrofod, ynni a chemegol, a biofeddygaeth.

I. Egwyddor Ffisegol a Phensaernïaeth Graidd

Mae mecanwaith craidd y synhwyrydd pwysau soniarus silicon yn seiliedig ar y berthynas gyplu rhwng yr amledd soniarus a straen. Mae'r synhwyrydd yn cynnwys strwythur trawst soniarus wedi'i wneud o ddeunydd silicon grisial sengl -, sy'n dirgrynu'n barhaus ar amledd penodol o fewn siambr gwactod. Pan fydd pwysau allanol yn gweithredu ar y diaffram synhwyrydd, mae'r straen mecanyddol yn achosi newid yn anystwythder y trawst soniarus, gan arwain at drifft o'i amlder naturiol. Mae gan y newid amlder hwn berthynas gyfatebol gaeth â'r pwysau cymhwysol. Trwy ganfod yn union yr amlder gwrthbwyso trwy gylched, gellir diddwytho'r gwerth pwysau yn wrthdro.

Mae'r strwythur nodweddiadol yn cynnwys tri modiwl craidd:

Diaffram sensitif pwysedd -: Ffilm denau silicon - gyda diamedr o 3 - 8 mm sy'n trosi signalau pwysau yn straen mecanyddol.

Osgiliadur soniarus: Trawst silicon siâp H - gyda thrwch o 20 - 50 μm yn unig, yn gweithredu ar ystod amledd o 10 - 100 kHz.

System cyffro dolen - wedi cau: Yn integreiddio coil excitation piezoresistive a chylched canfod amlder i gynnal cyflwr soniarus sefydlog.

II. Manteision Technolegol arloesol

O'i gymharu â synwyryddion piezoresistive traddodiadol, mae technoleg soniarus silicon wedi cyflawni naid feintiol mewn perfformiad:

Mae ei fanteision unigryw yn deillio o dri phrif arloesedd:

Nodwedd allbwn 1.Frequency: Mae gallu ymyrraeth gwrth - y signal amledd digidol yn ddau orchymyn maint yn uwch na'r allbwn foltedd analog.

Dyluniad ynysu 2.Stress: Mabwysiadir strwythur gwahaniaethol gyda thrawstiau soniarus dwbl, ac mae'r effeithlonrwydd iawndal drifft tymheredd yn cyrraedd dros 98%.

3.Quantum - prosesu lefel: Mae cywirdeb rheoli'r broses Ysgythru Ion Adweithiol Dwfn (DRIE) yn cyrraedd ±0.1 μm.

III. Cyfarwyddiadau Esblygiad Technolegol

Mae ymchwil Frontier yn canolbwyntio ar bedwar datblygiad mawr:

1.Wide - tymheredd ystod - technoleg: Trwy ddefnyddio SiC - ar - Is-haen Insulator, mae'r ystod tymheredd gweithredu yn cael ei ymestyn i - 200 gradd i 600 gradd.

2.Multi - synhwyro dimensiwn: Mae strwythur grid resonant 3D yn cael ei ddatblygu i fesur paramedrau megis pwysau, tymheredd, a chyfradd llif ar yr un pryd.

Cyseiniant 3.Photonic: Cyflwynir system gyplu optoomecanyddol i gyflawni sefydlogrwydd amlder y gorchymyn o 10 ^ - 6 Hz.

System bweru 4.Self -: Mae modiwl cynaeafu ynni piezoelectrig wedi'i integreiddio i adeiladu nod Rhyngrwyd Pethau (IoT) goddefol.

IV. Torri - Senarios Cymhwysiad ymyl

Wrth fonitro peiriannau aero -, gall synwyryddion cyseiniant silicon wrthsefyll canfod pwysedd deinamig nwy tymheredd uchel - ar 2000 gradd . Maent yn dal i gynnal cywirdeb o 0.05% ar amlder samplu o 1 MHz. Mewn meysydd olew a nwy môr dwfn -, gall synwyryddion sydd wedi'u hamgáu ag aloi titaniwm weithio'n barhaus am 5 mlynedd ar ddyfnder o 6000 metr, gyda gwanhad cywirdeb o ddim mwy na 0.03%.
Yn y maes meddygol, mae system monitro pwysedd gwaed y gellir ei mewnblannu wedi dod i'r amlwg. Mae sglodyn synhwyrydd 3mm × 3mm wedi'i integreiddio'n uniongyrchol ar stent cardiofasgwlaidd, gan alluogi monitro tonffurfiau pwysedd gwaed 365 - diwrnod parhaus trwy gyswllt amledd radio - gyda defnydd pŵer o lai na 10μW. Yng nghyd-destun Diwydiant 4.0, gall rhwydweithiau synhwyrydd ddal amrywiadau gwasgedd micro - o 0.1 Pa mewn amser real - a darparu rhybuddion cynnar o risgiau gollyngiadau piblinell 48 awr ymlaen llaw.

Ym maes monitro amgylcheddol, gall rhwydweithiau synhwyrydd gwasgaredig adeiladu maes gwasgedd atmosfferig gyda chydraniad o 0.5 km, gan ddarparu data wedi'i ddiweddaru o funudau - erbyn- munud ar gyfer rhagfynegiad llwybr teiffŵn. Mae'r diwydiant modurol ar fin trawsnewid. Bydd teiars deallus y genhedlaeth nesaf - yn cael eu mewnosod gyda 32 o synwyryddion soniarus i synhwyro dosbarthiad pwysedd y teiars mewn - amser real, gan symud y rhybudd byrstio teiars - ymlaen 30 munud.

Casgliad
Mae'r dechnoleg synhwyro fanwl hon sy'n tarddu o'r diwydiant lled-ddargludyddion yn ailddiffinio ffiniau digidol y byd ffisegol. Pan fydd dirgryniadau mecanyddol a signalau electronig yn atseinio'n berffaith ar y raddfa micro -, mae dealltwriaeth ddynol o hanfod pwysau wedi mynd i mewn i gyfnod o drachywiredd cwantwm.