Sensor Tekanan Sistem Mikroelektrik (MEMS) digunakan secara meluas dalam aeroangkasa, bioperubatan, kawalan perindustrian, dan pemantauan alam sekitar kerana penggunaan kuasa yang rendah, saiz kecil, kos rendah, dan kesan yang rendah pada objek pengukuran. Dalam beberapa kajian, sensor tekanan MEMS piezoresistif atau kapasitif telah digunakan untuk merealisasikan pengukuran tekanan tinggi. Walau bagaimanapun, kedua-dua sensor tekanan tinggi piezoresistif dan kapasitif ini tidak mempunyai ketepatan jarak jauh akibat gangguan suhu yang teruk atau lineariti yang lemah.
Baru-baru ini, pasukan Prof. Junbo Wang di Institut Angkasa dan Inovasi Maklumat Astronautikal, Akademi Sains Cina (CAS) membangunkan mekanisme sensitif tekanan komposit yang menggabungkan pemampatan lenturan diafragma dan mampatan volum untuk sensor tekanan mini resonan untuk mencapai pengukuran tekanan tinggi ketaksamaan tinggi, menurut laporan oleh McMasters. Sensor miniatur dibuat menggunakan teknologi micromachining, dan hasil eksperimen menunjukkan bahawa ketepatan skala penuh sensor adalah ± 0. Hasil penyelidikan yang berkaitan berjudul sebagai "mikrosensor tekanan tinggi resonan berdasarkan mekanisme sensitif tekanan komposit diafragma lenturan dan mampatan volum". Mampatan "telah diterbitkan dalam jurnal Microsystems & NanoEngineering.
Seperti yang ditunjukkan dalam angka di bawah, keadaan tekanan resonator berlabuh ke permukaan bawah rongga dapat mencerminkan tekanan luaran melalui mekanisme komposit. Rongga yang mengandungi resonator boleh dibina dengan struktur komposit dengan lenturan diafragma dan mampatan volum. Melalui mekanisme komposit ini, para penyelidik membangunkan sensor tekanan tinggi resonan baru dengan rongga miniatur yang menguatkan struktur diafragma untuk julat yang lebih besar. Di samping itu, ketepatan yang tinggi dapat dicapai dengan menggunakan rongga resonator dua dengan lebar yang berbeza.
Reka Bentuk Keseluruhan Resonan Miniatur Sensor Voltan Tinggi
Pemilihan bahan dicapai dengan cara 4- inci SOI wafer (40 μm untuk lapisan peranti, 2 μm untuk lapisan oksida, dan 300 μm untuk lapisan substrat) dan dua {4}} wafer silikon inci (1 mm dan 2 mm ketebalan). Untuk mengelakkan memperkenalkan tekanan haba yang lain dan untuk mencapai pengasingan tekanan terma yang stabil, bahan lapisan pengasingan adalah silikon n-jenis dengan tahap doping yang rendah dan<100>orientasi. Proses fabrikasi utama termasuk etsa ion reaktif dalam (DRIE), pelepasan resonator, pemendapan wap fizikal (PVD), dan ikatan peringkat wafer.
Proses fabrikasi sensor tekanan tinggi miniatur resonan
Hasil eksperimen menunjukkan bahawa sensor tekanan tinggi resonan yang direka bentuk mempunyai ketepatan ± 0. 0 15% skala penuh ke atas julat tekanan 0 Kepekaan tekanan ialah 261.10 Hz/MPA (~ 2,033 ppm/MPa) pada kekerapan pembezaan. Kepekaan tekanan frekuensi pembezaan ialah 261.10 Hz/ MPa (~ 2523 ppm/ MPa) pada 20 darjah, dan sensitiviti suhu resonator dwi adalah 1.54 Hz/ darjah (~ 14.5 ppm/ darjah) Output pembezaan mempunyai kestabilan yang sangat baik dalam julat 0.02 Hz pada suhu dan tekanan malar.
Platform eksperimen dan keputusan ujian sensor tekanan tinggi miniatur resonan
Ringkasnya, para penyelidik mengesahkan mekanisme sensitif tekanan sensitif sensor tekanan miniatur resonan dengan dengan berkesan merealisasikan penukaran tekanan/tekanan dengan menggabungkan pemampatan lenturan diafragma dan mampatan volum, dan membangunkan sensor tekanan tinggi resonan-silikon resonan tinggi dengan resonator dual dengan resonator. Berbanding dengan dua mekanisme tunggal konvensional, mekanisme sensitif tekanan komposit dapat merealisasikan julat pengukuran yang tinggi dan ketepatan yang tinggi ke atas julat suhu yang luas. Reka bentuk resonator dwi yang dipadankan dengan kepekaan tekanan positif dan negatif dapat direalisasikan dengan mudah oleh penyesuaian dan gabungan dua mekanisme tunggal. Output pembezaan selanjutnya meningkatkan kepekaan dan menyedari suhu pampasan diri. Hasil eksperimen mengesahkan prestasi tinggi sensor kecil ini dari segi ketepatan, faktor kualiti, kepekaan dan kestabilan. Walau bagaimanapun, struktur diafragma yang lemah dari mikrosensor berdasarkan mekanisme sensitif tekanan komposit mengehadkan pengembangan selanjutnya dari julat tekanan. Kerja masa depan boleh memberi tumpuan kepada pengoptimuman selanjutnya perhimpunan pemisahan dari segi tekanan dan penuaan sensor untuk meningkatkan kestabilan kekerapan setiap resonator untuk aplikasi praktikal dalam pengukuran tekanan tinggi.