Ómun skynjarareru tegund hálfgert-stafrænna skynjara sem nota mælda eðlisfræðilega stærðina til að breyta ómunareiginleikum ómunnæmu byggingarkerfisins og gefa beint út tíðnimerki. Þessir skynjarar starfa í vélrænu ómunarástandi ómunnæmu byggingarinnar (einnig þekkt sem resonator eða resonant element), verða fyrir minni áhrifum af breytingum á ytri hringrásarbreytum og búa yfir tiltölulega mikilli upplausn, stöðugleika og and-truflunargetu.
Á fyrstu stigum notuðu resonant skynjarar aðallega efni eins og málm eða kvars til að undirbúa resonnæm mannvirki, eins og resonant strokka, resonant diaphragms og samsetta stilli gaffla. Að sama skapi voru stærðir viðkomandi skynjaravara stórar og orkunotkun þeirra mikil. Frá því seint á níunda áratugnum hafa nokkur vel-þekkt alþjóðleg fyrirtæki nýtt sér framúrskarandi eðliseiginleika kísilefna og sameinað MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) vinnslutækni til að búa til sílikon ör-uppbyggða resonant skynjara. Einkennandi stærðir þessara skynjara geta náð míkron eða jafnvel undir-míkrónstigi. Dæmigerðir fulltrúar þessarar tegundar skynjara eru sílikon ör-ómþrýstingsskynjarar og sílikon ör-ómhröðunarmælar.
Kísil ör-ómómskynjarar búa ekki aðeins yfir framúrskarandi afköstum almennra endurómskynjara heldur hafa þeir einnig eiginleika smæðar, lítillar orkunotkunar, hraðvirkrar svörunar, auðveldrar samþættingar og fjöldaframleiðslu. Þess vegna eru þau mikið notuð á sviðum eins og iðnaðarstýringu, rafeindatækni og geimferðum. Með stöðugri þróun á MEMS vinnslutækni og stöðugri aukningu á hagnýtum kröfum um notkun, halda ör-ómunarskynjarar áfram að þróast í átt að mikilli afköstum, mikilli næmni, smæðingu og jafnvel stefnu Nano-rafmagnskerfis (NEMS). Hins vegar, þar sem kísilmíkró-byggingar eru viðkvæm fyrir galla þegar þær eru minnkaðar í nokkur hundruð nanómetra stærðir, er erfitt að draga enn frekar úr einkennandi stærð samsvarandi skynjara, sem takmarkar mælingarafköst og notkunarsvið kísilmíkró-ómunarnema. Þess vegna hefur það að kanna ný efni sem hægt er að nota fyrir framúrskarandi frammistöðu og smæð og þróa nýjar gerðir af ómunskynjara náttúrulega orðið hugsanleg þróunarstefna ör-ómómskynjara.
Grundvallarkenningar um Silicon Micro - Ómun skynjara
Resonant Sensitive Mechanism
Vinnureglan um ómun skynjara felst í notkun jákvæðu - endurgjafarreglunnar til að mynda lokað - lykkju sjálf - örvað kerfi sem inniheldur resonator, örvun/skynjunareiningu og mögnunareiningu, eins og sýnt er á myndinni hér að neðan. Meðal þeirra er resonant - næm uppbygging kjarnahluti lokaða - lykkjukerfisins og starfar í sínum eigin náttúrulega titringsham. Örvunareiningin býr til örvunarmerki sem veldur því að resonant - viðkvæma byggingin framleiðir vélrænan titring. Greiningareiningin tekur upp titringsmerki sitt og breytir því í rafmerki. Eftir að hafa verið meðhöndluð af mögnunareiningunni er henni breytt í örvunarkraft í gegnum örvunareininguna og sendur aftur til endurómans til að viðhalda stöðugum - tíðni titringi endurómans á endurómtíðni sinni. Mælda magnið mótar ómunarástand resonatorsins með ákveðnum hætti. Með því að mæla úttakið - tíðnimerkið er hægt að reikna út stærð mælda magnsins. Fyrir ör - ómun skynjara, eru resonant - næm uppbygging þeirra útbúin með ör - vinnslutækni og rúmfræðileg stærð þeirra getur orðið nokkur hundruð eða jafnvel tugir míkrómetra. Með því að hanna hæfilega resonant - viðkvæma uppbyggingu, ásamt mörgum næmum breytum eins og titringstíðni, fasa og amplitude resonatorsins, er hægt að framkvæma mælingar á ýmsum eðlisfræðilegum stærðum eins og krafti, hröðun og hornahraða.
Hönnun resonant-viðkvæmra bygginga
Ómun-næma uppbyggingin er kjarnahluti ýmissa ómunskynjara og ber ábyrgð á því að skynja beint eða óbeint magnið sem á að mæla. Hönnun þess mun hafa bein áhrif á mælingarnákvæmni, næmi, kraftmikla afköst og aðrar vísbendingar skynjarans. Hvað burðarvirki varðar, þá innihalda algengu ör-viðkvæmu mannvirkin í ör-ómskynjara ómunarhimnur, resonant geislar, tvöfalda-fasta stilli gaffla og svo framvegis. Meðal þeirra eru ómunargeislinn og titrandi stillingargafflar mest notaðir í ör-ómþrýstingsskynjara og hröðunarmæliskynjara.
Í sílikon ör-resonant þrýstingsskynjurum er resonant-næmri uppbyggingunni venjulega skipt í tvær klassískar útfærsluaðferðir eftir því hvort magnið sem á að mæla er í beinni snertingu við það:
Einn er resonant himna uppbygging, eins og sýnt er á myndinni hér að neðan. Í þessari uppbyggingu verkar þrýstingurinn beint á ómunna þindið, breytir jafngildri stífni hennar og titringurinn er örvaður af örvunarþáttunum sem eru settir á þindið sjálft. Þessi uppbygging hefur einfaldar kröfur um ferli. Hins vegar, þar sem þindið sjálft er í beinni snertingu við mældan miðil, fyrir þindbyggingar á míkron eða jafnvel nanómetra stigi, þarf að íhuga vandamálið með titringsorkuútbreiðslu sem stafar af magninu sem á að mæla.
Önnur nálgun er samsett næm uppbygging sem samanstendur af -þrýstingsnæmri þind og resonator. Í þessari uppbyggingu er ómunnæmi þátturinn venjulega settur á viðeigandi stað á -þrýstingsnæmu þindinu og ber ábyrgð á því að skynja óbeint magnið sem á að mæla. Við virkni þrýstiálagsins aflagast þindið, sem leiðir til breytinga á ásálagi viðkvæma þáttarins og breytir þannig endurómtíðni hans. Framúrskarandi kostur samsettu viðkvæmu uppbyggingarinnar er að resonant næmur þátturinn er einangraður frá mældum miðli og forðast bein áhrif þess síðarnefnda. Þar að auki getur viðkvæmi þátturinn unnið í lofttæmi, sem er gagnlegt til að viðhalda tiltölulega háum gæðastuðli. Að auki er hægt að breyta mælisviðinu með því að stilla byggingarfæribreytur þrýstings-næmu þindarinnar á viðeigandi hátt.
Ómunnæm efni
Eins og er, með stöðugri þróun MEMS tækni og breytingum á notkunarumhverfisskilyrðum skynjara, aukast kröfur um stærð ör-ómunarskynjara smám saman. Meðal þeirra er stærð resonant-næmu byggingarinnar smám saman að breytast frá míkronstigi yfir í nanómetrastig. Hins vegar eru eðliseiginleikar sílikonefna ekki gallalausir. Þegar þykkt þess er minnkað í nokkur hundruð nanómetra er hætta á að gallar komi upp og vandamál eins og erfiðleikar við að stjórna gæðum tækisins og léleg einsleitni koma upp. Þess vegna er alveg nauðsynlegt að leita nýrra lausna.
Með virkri könnun innlendra og erlendra vísindamanna hefur allmörg nanóefni, eins og demantur og kolefni nanórör, verið beitt á sviði ör/nano-rafvélinda. Hins vegar eru tiltölulega fáar ritskýrslur sem tengjast ómun skynjara. Á undanförnum árum hefur grafen, nanóefni sem er að koma fram, vakið mikla athygli sérfræðinga og fræðimanna á skynjarasviðinu vegna einstakra vélrænna, rafmagns-, sjón- og annarra eiginleika þess. Það hefur fært nýjar rannsóknarhugmyndir og tækifæri til þróunar nýrra tegunda ör-ómunarskynjara og jafnvel nanó-rafvélrænna ómunskynjara, og er búist við því að það komi í stað kísilefna og hrindi af stað byltingarkenndum breytingum á sviði endurómskynjara.