Synwyryddion soniarusyn fath o synwyryddion lled-digidol sy'n defnyddio'r maint ffisegol a fesurwyd i newid nodweddion soniarus y strwythur sensitif soniarus a signalau amledd allbwn uniongyrchol. Mae'r synwyryddion hyn yn gweithredu yng nghyflwr soniarus mecanyddol y strwythur sensitif soniarus (a elwir hefyd yn resonator neu'n elfen soniarus), yn cael eu heffeithio'n llai gan newidiadau mewn paramedrau cylched allanol, ac mae ganddynt allu cydraniad, sefydlogrwydd a gwrth-ymyrraeth cymharol uchel.
Yn y cyfnod cynnar, roedd synwyryddion soniarus yn defnyddio deunyddiau fel metel neu gwarts yn bennaf i baratoi strwythurau sensitif soniarus, fel silindrau soniarus, diafframau soniarus, a ffyrc tiwnio cyfansawdd. Yn gyfatebol, roedd meintiau'r cynhyrchion synhwyrydd perthnasol yn fawr ac roedd eu defnydd pŵer yn uchel. Ers diwedd y 1980au, mae rhai cwmnïau rhyngwladol adnabyddus wedi manteisio ar briodweddau ffisegol ardderchog deunyddiau silicon ac wedi cyfuno â thechnegau prosesu MEMS (Micro{-Electro-Systemau Mecanyddol) i wneud microsynwyryddion soniarus silicon. Gall dimensiynau nodweddiadol y synwyryddion hyn gyrraedd lefel micron neu hyd yn oed is-micron. Cynrychiolwyr nodweddiadol y math hwn o synwyryddion yw microsynwyryddion pwysau soniarus silicon a micro-synwyryddion cyseiniant micro silicon.
Mae synwyryddion micro{0}}silicon nid yn unig yn meddu ar berfformiad rhagorol synwyryddion soniarus cyffredinol ond mae ganddynt hefyd nodweddion maint bach, defnydd pŵer isel, ymateb deinamig cyflym, integreiddio hawdd, a chynhyrchu màs. Felly, fe'u defnyddir yn eang mewn meysydd megis rheolaeth ddiwydiannol, electroneg defnyddwyr, ac awyrofod. Gyda datblygiad parhaus technoleg prosesu MEMS a'r cynnydd parhaus mewn gofynion cymhwyso ymarferol, mae synwyryddion micro-cyseiniol yn parhau i ddatblygu tuag at berfformiad uchel, sensitifrwydd uchel, miniaturization, a hyd yn oed cyfeiriad Nano-Systemau Electromecanyddol (NEMS). Fodd bynnag, gan fod strwythurau micro silicon yn dueddol o ddioddef diffygion pan gânt eu lleihau i ychydig gannoedd o nanomedrau, mae'n anodd lleihau ymhellach faint nodweddiadol y synwyryddion cyfatebol, sy'n cyfyngu ar berfformiad mesur a meysydd cymhwyso synwyryddion micro-seiniol silicon. Felly, mae archwilio deunyddiau newydd y gellir eu defnyddio ar gyfer perfformiad rhagorol a maint bach a datblygu mathau newydd o synwyryddion soniarus yn naturiol wedi dod yn duedd ddatblygu bosibl o synwyryddion micro-cyseiniol.
Damcaniaethau Sylfaenol o Synwyryddion Micro - Silicon Micro
Mecanwaith Sensitif soniarus
Mae egwyddor weithredol synwyryddion soniarus yn gorwedd yn y defnydd o'r egwyddor adborth - positif i ffurfio system hunangynhyrfus - dolen gaeedig sy'n cynnwys cyseinydd, uned cyffroi/canfod, ac uned chwyddo, fel y dangosir yn y ffigur isod. Yn eu plith, y strwythur sensitif soniarus - yw rhan graidd y system ddolen gaeedig - ac mae'n gweithredu yn ei modd dirgryniad naturiol ei hun. Mae'r uned excitation yn cynhyrchu signal cyffroi i achosi'r strwythur sensitif soniarus - i gynhyrchu dirgryniad mecanyddol. Mae'r uned ganfod yn codi ei signal dirgryniad ac yn ei drawsnewid yn signal trydanol. Ar ôl cael ei brosesu gan yr uned ymhelaethu, caiff ei drawsnewid yn rym excitation trwy'r uned excitation a'i fwydo'n ôl yn gadarnhaol i'r cyseinydd i gynnal dirgryniad amledd sefydlog - y cyseinydd ar ei amledd soniarus. Mae'r maint mesuredig yn modiwleiddio cyflwr soniarus y cyseinydd trwy ffordd arbennig. Trwy fesur y signal amledd allbwn -, gellir cyfrifo maint y maint mesuredig. Ar gyfer synwyryddion micro - soniarus, mae eu strwythurau sensitif soniarus - yn cael eu paratoi gan dechnoleg peiriannu micro -, a gall eu dimensiynau geometrig gyrraedd y drefn o sawl cannoedd neu hyd yn oed ddegau o ficromedrau. Trwy ddylunio strwythur sensitif resonant - rhesymol, ynghyd â pharamedrau sensitif lluosog megis amlder dirgryniad, cyfnod, ac osgled y cyseinydd, gellir gwireddu mesur meintiau ffisegol amrywiol megis grym, cyflymiad, a chyflymder onglog.
Dyluniad -Adeiladau Sensitif Cyseiniol
Y strwythur synhwyro soniarus yw elfen graidd gwahanol synwyryddion soniarus ac mae'n gyfrifol am synhwyro'n uniongyrchol neu'n anuniongyrchol faint sydd i'w fesur. Bydd ei ddyluniad yn effeithio'n uniongyrchol ar gywirdeb mesur, sensitifrwydd, perfformiad deinamig a dangosyddion eraill y synhwyrydd. O ran ffurfiau adeileddol, mae'r strwythurau micro-sensitif a ddefnyddir yn gyffredin mewn micro-synwyryddion soniarus yn cynnwys pilenni soniarus, trawstiau soniarus, ffyrch tiwnio sefydlog pen dwbl ac ati. Yn eu plith, mae'r trawst soniarus a strwythurau fforch tiwnio dirgrynol yn cael eu defnyddio fwyaf eang mewn synwyryddion pwysau soniarus micro a synwyryddion cyflymromedr.
Mewn -synwyryddion pwysau soniarus micro silicon, mae'r strwythur sensitif soniarus fel arfer yn cael ei rannu'n ddau ddull gweithredu clasurol yn ôl a yw'r swm i'w fesur mewn cysylltiad uniongyrchol ag ef:
Un yw strwythur y bilen soniarus, fel y dangosir yn y ffigur isod. Yn y strwythur hwn, mae'r pwysau'n gweithredu'n uniongyrchol ar y diaffram soniarus, gan newid ei anystwythder cyfatebol, ac mae'r dirgryniad yn cael ei gyffroi gan yr elfennau cyffro a osodwyd ar y diaffram ei hun. Mae gan y strwythur hwn ofynion proses syml. Fodd bynnag, gan fod y diaffram ei hun mewn cysylltiad uniongyrchol â'r cyfrwng mesuredig, ar gyfer strwythurau diaffram ar lefel micron neu hyd yn oed nanomedr, mae angen ystyried problem afradu egni dirgryniad a achosir gan faint i'w fesur.
Ymagwedd arall yw strwythur cyfansawdd sensitif sy'n cynnwys diaffram sy'n sensitif i bwysau a chyseinydd. Yn y strwythur hwn, mae'r elfen sensitif soniarus fel arfer yn cael ei gosod mewn man priodol ar y diaffram sy'n sensitif i bwysau ac mae'n gyfrifol am synhwyro'n anuniongyrchol faint sydd i'w fesur. O dan weithred y llwyth pwysau, mae'r diaffram yn anffurfio, gan arwain at newid yn straen echelinol yr elfen sensitif ac felly'n newid ei amlder soniarus. Mantais ragorol y strwythur sensitif cyfansawdd yw bod yr elfen sensitif soniarus yn cael ei hynysu o'r cyfrwng mesuredig, gan osgoi dylanwad uniongyrchol yr olaf. Ar ben hynny, gall yr elfen sensitif weithio mewn amgylchedd gwactod, sy'n fuddiol ar gyfer cynnal ffactor o ansawdd cymharol uchel. Yn ogystal, gellir newid yr ystod fesur trwy addasu paramedrau strwythurol y diaffram sy'n sensitif i bwysau yn briodol.
Defnyddiau Sensitif soniarus
Ar hyn o bryd, gyda datblygiad parhaus technoleg MEMS a'r newidiadau yn amodau amgylcheddol cymhwyso synwyryddion, mae'r gofynion ar gyfer maint synwyryddion micro-cyseiniol yn cynyddu'n raddol. Yn eu plith, mae maint y strwythur synhwyro soniarus yn newid yn raddol o lefel y micron i lefel y nanomedr. Fodd bynnag, nid yw priodweddau ffisegol deunyddiau silicon yn ddi-ffael. Pan fydd ei drwch yn cael ei leihau i gannoedd o nanometrau, mae diffygion yn dueddol o ddigwydd, ac mae problemau megis anhawster wrth reoli ansawdd dyfais ac unffurfiaeth wael yn debygol o godi. Felly, mae'n gwbl angenrheidiol chwilio am atebion newydd.
Wrth archwilio ymchwilwyr domestig a thramor yn weithredol, mae cryn dipyn o nanoddeunyddiau, megis nanotiwbiau diemwnt a charbon, wedi'u cymhwyso ym maes synwyryddion electromecanyddol micro/nano. Fodd bynnag, cymharol ychydig o adroddiadau llenyddiaeth sy'n ymwneud â synwyryddion soniarus. Yn ystod yr ychydig flynyddoedd diwethaf, mae graphene, nanomaterial sy'n dod i'r amlwg, wedi denu sylw eang gan arbenigwyr ac ysgolheigion yn y maes synhwyrydd oherwydd ei briodweddau mecanyddol, trydanol, optegol ac eraill unigryw. Mae wedi dod â syniadau ymchwil newydd a chyfleoedd ar gyfer datblygu mathau newydd o synwyryddion micro-cyseinio a hyd yn oed nano-synwyryddion atseiniol electrofecanyddol, a disgwylir iddo ddisodli deunyddiau silicon a sbarduno newidiadau chwyldroadol ym maes synwyryddion soniarus.