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制造微傳感器的新方法可能會(huì)徹底改變電子產(chǎn)品的未來(lái)
來(lái)源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2020/10/27

Shahrzad(Sherry)Towfighian是賓厄姆頓大學(xué),紐約州立大學(xué)的機(jī)械工程副教授。圖片來(lái)源:賓厄姆頓大學(xué),紐約州立大學(xué)

紐約州立大學(xué)賓厄姆頓大學(xué)的研究人員找到了一種改善微型傳感器性能的方法,該方法可能會(huì)對(duì)我們每天使用的電子設(shè)備產(chǎn)生廣泛的影響。


該研究找到了一種更可靠的方式來(lái)使用執(zhí)行器來(lái)控制MEMS(微機(jī)電系統(tǒng)),MEMS是具有運(yùn)動(dòng)部件的微觀設(shè)備,其運(yùn)動(dòng)方式通常與電子產(chǎn)品相同。


Binghamton團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),結(jié)合使用兩種靜電致動(dòng)方法(平行板致動(dòng)器和懸浮致動(dòng)器),可以實(shí)現(xiàn)可預(yù)測(cè)的線性度,而這兩個(gè)系統(tǒng)都不是自己提供的。


這項(xiàng)研究由國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(National Science Foundation)的一項(xiàng)主要由博士生資助的基金資助。學(xué)生Mark Pallay在首席研究員Shahrzad(Sherry)Towfighian和共同首席研究員Ronald N. Miles的監(jiān)督下分別擔(dān)任機(jī)械工程副教授和杰出教授。


團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)對(duì)于麥克風(fēng)制造而言可能是革命性的,因?yàn)椴捎眠@種設(shè)計(jì),信號(hào)可以增強(qiáng)得足夠高,從而電子設(shè)備的背景噪聲不再成為問(wèn)題。每年全球制造超過(guò)20億個(gè)麥克風(fēng),而且隨著越來(lái)越多的具有聲音交互功能的設(shè)備,這一數(shù)字正在增長(zhǎng)。


邁爾斯說(shuō):“電子噪音真的很難消除! “您會(huì)在后臺(tái)聽(tīng)到這種嘶嘶聲。當(dāng)您制造非常小的麥克風(fēng)時(shí)(這是我們想要做的),噪聲問(wèn)題越來(lái)越大。這是一個(gè)越來(lái)越大的挑戰(zhàn)。這是避免這種情況并獲得成功的一條途徑。噪音降低了!


對(duì)MEMS進(jìn)行了廣泛研究的Towfighian解釋說(shuō),微型設(shè)備中的致動(dòng)器通常只是兩塊板,兩者之間有縫隙。這些板關(guān)閉,并且設(shè)備在接收到一定電壓時(shí)會(huì)激活。


很難微調(diào)這種致動(dòng)器,但是在板的側(cè)面添加兩個(gè)電極會(huì)產(chǎn)生懸浮效應(yīng),同時(shí)將它們推開(kāi),從而可以更好地控制設(shè)備。


她說(shuō):“將兩個(gè)系統(tǒng)結(jié)合起來(lái),我們可以消除非線性! “如果給它一些電壓,它就會(huì)保持一定的距離,并在很大的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)保持該電壓!


邁爾斯說(shuō),可預(yù)測(cè)性在為麥克風(fēng)制造執(zhí)行器時(shí)至關(guān)重要,這是他最近研究的重點(diǎn)。


他說(shuō):“在傳感器中,如果移動(dòng)一個(gè)單位,并且輸出電壓增加一個(gè)單位,或者隨您的比例成比例增加,則壽命將大大簡(jiǎn)化! “在執(zhí)行器中,您試圖推動(dòng)物體,因此,如果給它施加兩倍的電壓,則希望它的作用距離是兩倍,而不是四倍。


“這就像你有一個(gè)尺子,它的長(zhǎng)度在向上移動(dòng)時(shí),英寸會(huì)有所變化。對(duì)于電容式傳感器,在向上移動(dòng)時(shí),靈敏度和輸出會(huì)產(chǎn)生這些奇怪的變化。這令人非常頭疼!


當(dāng)賓厄姆頓大學(xué)的研究人員開(kāi)始研究時(shí),他們并不知道將這兩種想法結(jié)合起來(lái)會(huì)產(chǎn)生令人滿意的結(jié)果。


邁爾斯說(shuō):“魔術(shù)(愚蠢的運(yùn)氣)是非線性相互抵消了! “它們的方向往往相反。我們能夠證明,在很大的范圍內(nèi),它們是線性的。


“通過(guò)同時(shí)具有這兩種電極配置,它可以為您提供更多的旋轉(zhuǎn)旋鈕,并且可以向不同的電極施加電壓來(lái)進(jìn)行更多的調(diào)整。使用簡(jiǎn)單的平行板,它們之間只有一個(gè)電壓,并且沒(méi)有太大的設(shè)計(jì)自由度這樣,就可以有更多的電極,您可以更好地控制設(shè)計(jì)!


除了制造麥克風(fēng)的可能性(使它們更小,更好,更便宜)之外,Towfighian還了解了如何在她的研究領(lǐng)域中使用新的執(zhí)行器設(shè)計(jì),其中包括陀螺儀,加速度計(jì),壓力傳感器和其他類型的開(kāi)關(guān)。


她說(shuō):“我們從基本的角度展示了這個(gè)概念,但是它具有廣泛的應(yīng)用范圍! “它可以改善許多設(shè)備的功能,因此影響可能很大。”


這項(xiàng)名為“合并平行板和懸浮執(zhí)行器以實(shí)現(xiàn)靜電MEMS的線性和可調(diào)諧性”的研究發(fā)表在 《應(yīng)用物理雜志》上。


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