Авиационно инженерство Административно право Административно право Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог” Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидросистеми и хидравлични машини Културология Медицина Психология икономика дескриптивна геометрия Основи на икономически т Oria професионална безопасност Пожарна тактика процеси и структури на мисълта, Професионална психология Психология Психология на управлението на съвременната фундаментални и приложни изследвания в апаратура социалната психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерна производствена Физика Физични феномени Философски хладилни инсталации и екология Икономика История на икономиката Основи на икономиката Икономика на предприятията Икономическа история Икономическа теория Икономически анализ Развитие на икономиката на ЕС Спешни ситуации ВКонтакте Однокласници Моят свят Facebook LiveJournal Instagram
border=0

Сензори и микроактуатори, базирани на MEMS технологии

| следващата статия ==>

Всъщност са необходими повече от 30 години, за да се появи първото търговско MEMS приложение. Една от първите MEMS технологии, които станаха повсеместни, бяха сензорите за ускорение (акселерометри), които в момента са инсталирани в почти всички съвременни автомобили за откриване на сблъсъци и производство на въздушни възглавници (SRS).

Analog Devices Corporation, която произвежда първите такива сензори през 1993 г., сега продава десетки милиони така наречени MEMS акселерометри на автомобилостроителите годишно. Акселерометрите на въздушните възглавници се считат за един от най-добрите примери на MEMS сензори, които осигуряват на производителите на автомобили комбинация от ползи за разходите и производителността.

Правилно е времето, когато може да се каже същото за устройствата за следене на налягането в гумите, които в момента се интегрират в масово произвежданите модели в отговор на закона за безопасност.

Има и друга област, в която MEMS може да допринесе за въвеждането на електроника в автомобил - защита срещу странични удари при инцидент. Експертите смятат, че това може да допринесе значително за продажбите на МЕМС, ако бъдат приети по-строги стандарти за защита срещу странични удари при инцидент. Такива мерки ще спасят хиляди животи годишно.

В твърдите дискове ротационните акселерометри могат да се използват за откриване на ротационни движения, които влияят на позиционирането на главата и могат да доведат до загуба на пистата. Компенсирането на ротационните движения обикновено се използва в скъпи модели дискове, тъй като с цената на малко повече време за четене и запис е много по-малко от необходимото за възстановяване позиционирането на главата след удара.

Американският национален институт за стандарти и технологии обяви създаването на миниатюрен магнитен сензор, който може да открива промени в магнитното поле от порядъка на 50 pT (това е милиони пъти по-слабо от магнитното поле на Земята). Устройство с размер на оризово зърно е около 100 пъти по-малко от съвременните сензори с подобна чувствителност. Могат да се произвеждат и сглобяват нови магнитни сензори, като се използва съществуващата микроелектронна технология и MEMS. Новият магнитометър може да открива скрити оръжия на разстояние 12 m или стоманена тръба с диаметър 150 mm под земята на дълбочина 35 m.

Сензорът работи на принципа на откриване на незначителни промени в енергийните нива на електроните в магнитното поле. Миниатюрната рубидиева клетка се нагрява в запечатана прозрачна клетка за образуване на рубидиеви пари. Лъчът на полупроводниковия лазер преминава през атомна пара. При наличието на магнитно поле определено количество лазерно лъчение се абсорбира от атомите и това се открива от фотоклетката. Големите магнитни полета причиняват пропорционално големи промени в нивата на атомната енергия и променят усвояването на атома.

Планирано е да се създаде „черна кутия“, в която ще се използват нано-сензори с маса от няколко грама. Такива устройства ще служат за събиране на данни за навлизането на космически обекти в земната атмосфера от космоса. След преминаване през опасен участък с висока скорост и навлизане в плътните слоеве на атмосферата, черната кутия ще „се обади вкъщи“ и ще предаде данни, използвайки сателит, преди да кацне на земята или водната повърхност. За сравнение: „черната кутия“ на индустриалната авиация с подобна употреба (REBR) тежи около 1 кг. НАСА планира пилотни тестове на REBR на борда на невъзстановимата ракета "Делта II". Ако тестовете са успешни, се планира използването на нанотехнологиите за експедиции на Луната и Марс. Нано-сензорите могат да бъдат опаковани в малки площи, за да бъдат използвани в космическия кораб, разработен за смяна на совалката.

Нанотехнологията може да служи за извършване на контролни функции на борда. Сондите могат да се използват като разузнавателни устройства, които избират места за кацане на космически кораб или за ориентиране на кораб в непозната територия. Радиосигналите от нано-сондите ще позволят на екипажа да знае къде се намира.

Нанотехнологиите могат да играят роля и при полети с използване на аерохват или при навлизане в непозната атмосфера. В аерофотографската техника планетарната атмосфера се използва за промяна на скоростта на кораба. Космическият кораб прави дълбоко "скок" в атмосферата, за да установи орбита без използването на гориво. Този метод ще намали типичната маса на междупланетен космически кораб наполовина, което ви позволява да използвате по-евтини превозни средства. Изследователската сонда може да се движи пред космическия кораб и да предоставя данни за налягането и плътността на атмосферата, определяйки полетен коридор със стабилно положение на космическия кораб и намаляване на степента на риск при изпълнение на мисията за улавяне на въздуха.

Най-важният компонент на повечето МЕМС е микроактуаторът (Фигура 10.1). Обикновено това устройство преобразува енергията в контролирано движение. Размерите на микроактуаторите могат да варират доста много. Обхватът на приложение на тези устройства е изключително широк и същевременно постоянно нараства. Така микроактуаторите се използват в роботиката, в контролните устройства, в космическото поле, в биомедицината, дозиметрията, в измервателните уреди, в развлекателните технологии, в автомобилната индустрия и в домакинството.

Например, микроактуатори са необходими за контролиране на резонансните сензори (те генерират и предават резонансната им честота), за да контролират режещите инструменти в микрохирургията. Също така могат да бъдат различни микромотори, които се използват за управление на микро-релета, микроогледала и микро-клипове. Микроактуаторът може дори да е микроелектродно устройство за възбуждане на мускулната тъкан в неврологични протези.

Фигура 10.1 - Микроактуатор в MEMS (изображение, увеличено 5000 пъти)

Всички методи на активиране (движение, деформация, задействане) в такива устройства могат да бъдат обобщени, както следва:

· Електростатични,

· Магнитни

· Пиезоелектрически,

· Хидравлични,

· Топлина.

При оценката на използването на метод често се прилагат законите за пропорционално намаляване. Най-обещаващите методи се считат за пиезоелектрични и хидравлични , въпреки че други са от голямо значение. Електростатичното активиране се използва при около една трета от микроактуаторите и това е може би най-разпространеният и добре развит метод; Неговите основни недостатъци са износването и залепването.

Магнитните микроактуатори обикновено изискват относително голям електрически ток, също и на микроскопично ниво. Когато се използват методи за електростатично активиране, полученият изходен сигнал чрез относителна единица за измерение е по-добър, отколкото при използване на магнитни методи. С други думи, при същия размер, електростатичното устройство произвежда малко по-добър изходен сигнал. Термалните микроактуатори също консумират относително много електрическа енергия; техният основен недостатък е, че генерираната топлина трябва да бъде разсеяна.

Такива критерии като линейност, точност, точност, повторяемост, резолюция, хистерезис, прагова стойност, игра, шум, смяна, носеща способност, амплитуда, чувствителност, скорост, преходна реакция, скалируемост, енергийна ефективност се използват за оценка на микроактуаторите.

Една от най-обещаващите области на прилагане на MEMS, много експерти в момента разглеждат телекомуникационния пазар. Още в края на 2000 г. частната компания MEMX, занимаваща се с търговската употреба на MEMS технологии, създадена в лабораторията, се отделя от Националната лаборатория на Sandia, която принадлежи към американското министерство на енергетиката. Фирмата се фокусира върху оптични ключове за оптични телекомуникационни системи .

Те са базирани на патентованата от Sandia технология SUMMiT V (от Sandia Ultraplanar Multilevel MEMS Technology). Това е микромашинен процес на обработка на повърхността на кристала чрез разпрашване и ецване, покривайки пет независими слоя от поликристален силиций - четири "механични" слоя за изграждане на механизми и един електрически за осигуряване на взаимовръзки на цялата система. Технологията позволява да се постигнат размерите на механичните елементи до 1 микрона.

Що се отнася до един от електронните гиганти - Intel, решението за развитието на MEMS технологиите беше взето от него през 1999 г. На пролетния форум Intel за разработчици през 2002 г. не само официалният интерес беше изразен в микроелектромеханични устройства, но и провъзгласи стратегическото значение на тази посока. Предвид потенциала на корпорацията, както в развитието, така и в производството, значимостта на това твърдение за пазара на MEMS е трудно да се надценява.

В завода на Intel беше въведена микроелектромеханична технология, която позволява малки механични устройства - сензори, клапани, зъбни колела, огледала и задвижващи механизми - да се оформят вътре или на повърхността на полупроводниковите кристали .

Такива микроскопични механични компоненти се използват в устройства, които се характеризират с ниска консумация на енергия и свръхкомпактни конструктивни характеристики и изпълняват изчислителни и комуникационни функции . Провеждат се проучвания за възможните приложения на тези технологии в антени, екрани, потребителски филтри, кондензатори, индуктори и микропревключватели.

През 2004 г. Intel започна да предлага на своите партньори, за интегриране в клетъчни телефони, радиочестотни предни модули, изградени с помощта на MEMS технологията. Около 40 пасивни елемента са интегрирани в този модул, което спестява до две трети от пространството в мобилен телефон. Броят и съставът на модулите зависят от нуждите на клиентите, които се насърчават да използват такива MEMS модули за миниатюризация на пасивни филтри, резистивни и капацитивни схеми.

В бъдеще се планира интегрирането на подобни модули във високочестотни предавателни / приемни комутатори и повърхностно-акустични вълни SAW (Surface Acoustic Wave) филтри . Въпреки че съществуващите дискретни SAW филтри са доста тромави в сравнение с интегралните схеми, показателят за качеството на филтриране е с около два порядъка по-висок. В допълнение, ако размерът на SAW-филтрите се измерва в сантиметри, тогава MEMS-резонаторите на 1 cm 2 площ могат да поемат няколко десетки хиляди парчета.

Те отбелязват големия потенциал на пазара на високочестотни филтри . Такива филтри ще се използват в телефони за избор на желания HF канал и RF устройства на бъдещите поколения, където MEMS осигуряват решение с фактор на качеството Q над 10,000 , което е значително по-добро от скоростта на конвенционалните керамични филтри. MEMS RF филтрите могат да се използват в усилватели с ниско ниво на шум, в програмируеми радиоустройства, както и в радарни станции с фазова антенна решетка на спътници.

Проблемът е, че MEMS устройствата са скъпи и въвеждането им в индустриалния пазар все още е доста трудно.

| следващата статия ==>





Вижте също:

Примери за практическо използване на NMR

Използване на хаоса за генериране на информация

Сканиращи магнитни микроскопи на базата на интерферометри SQUID

Проектиране и работа на сканиращ тунелен микроскоп

Ефект на Джоузефсън

Понятието "размита логика"

НГР метод - спектроскопия

Обща физиология на сензорните системи

Мейснер ефект

Ядрен магнитен резонанс

Теоретични основи на изграждането и експлоатацията на изкуствени невроноподобни устройства

Връщане към съдържанието: Съвременни фундаментални и приложни изследвания в приборостроенето

2019 @ ailback.ru