چکیده
در این مقاله یک حسگر فشار پیزورزیسیت 0 تا 3 کیلو وات با حساسیت و خطی بودن بالا ارائه شده است. دیافراگم ساختاری شوریکن (SSD) برای اولین بار برای حل اختلاف بین حساسیت و خطی بودن حسگرهای فشار پیزورزیست طراحی شده است.تبادل میان تنش بر روی لبه دیافراگم و انحراف دیافراگم، از طریق این طراحی SSD با استفاده از شبیه سازی عددی به دست آمد. اثرات بستر شیشه ای و فیلم های پاسیوایی بر روی عملکرد حساسیت نیز به صورت عددی و آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تجربی نشان داد که حسگر فشار فعلی دارای حساسیت 4.72 mV / kPa / V و خطی بودن 0.18٪ FSO (خروجی مقیاس کامل) در محدوده فشار 0-3 kPa بود که 3/28٪ و 50٪ بهتر از آثار قبلی بود.
1. مقدمه
اندازه گیری های فشار داخل چشمی (IOP) و فشار داخل جمجمه (ICP) برای مراقبت های درمانی بسیار مهم است.IOP بالا ممکن است گلوکوم ایجاد کند [2]. ICP بالا در آسیب مغزی می تواند منجر به مرگ و میر سریعتر شود. اندازه گیری های IOP و ICP سنتی معمولا نیاز به بیهوشی و سوراخ کردن کمر دارند، که برای نظارت طولانی مدت دقت و صلاحیت لازم را ندارند. در صورت نیاز نظارت بر IOP و ICP در زمان واقعی قابل اجرا دارای دقت بالا و حساسیت بسیار زیاد است. IOP و ICP بالغ سالم معمولا به ترتیب 1.47-2.79 kPa و 0.78-76 kPa هستند. همانند اندازه گیری فشار خون، 0.1 mmHg در محدوده فشار 20 میلیمتر Hg مورد نیاز است. این بدان معنی است که خطای غیر خطی حسگر فشار باید کمتر از 0.5٪ FSO باشد. بنابراین، با توجه به برنامه های نظارت بر IOP و ICP، حسگر فشار با حساسیت بالا و خطی بودن در 0-3 کیلو پاسکال است. این نوع حسگر نیز می تواند به طور گسترده ای در خودروها، خانه های هوشمند و کنترل فرآیند مورد استفاده قرار گیرد.
متاسفانه، این یک چالش است که یک حسگر فشار با دیافراگم پیزورزیست هم دارای حساسیت بالا و هم خطی باشد. لین و همکاران حساسیت و خطی بودن حسگرهای فشار پیزورسیستی را مورد مطالعه قرار دادند و نشان دادند که یک دیافراگم سنجش نازک برای افزایش حساسیت دستگاه مفید است اما باعث خطای غیر خطی بالاتر و پسماند مغناطیسی می شود. چی و همکاران عدم تناوب فشار دستگاه با دیافراگم نازک را تحت تنشهای باقی مانده مورد بررسی قرار دادند. این بررسی نشان دهنده حساسیت و خطی بودن حسگرهای فشار پیزورسیست بود که به شدت با تنش های باقی مانده از فیلم های پاسیوایی مرتبط بود. در تحقیق ماتسودا و همکاران [10]، اثرات پیزورزیستی غیر خطی در سیلیکن با دقت مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج برای حدود 110 پیزورسیستیور، ضریب های طولی و عرضی پیزورسیستیو متفاوت بودند و ضریبهای پیزورسیستی تاثیرات مرتبه دوم و سوم داشتند، که به خطی بودن ضعیف برای حسگرهای فشار پیزورسیست منجر میشد.
این مقاله در نشریه آی تریپل ای منتشر شده و ترجمه آن با عنوان حسگرهای میکرو فشار در سایت ای ترجمه به صورت رایگان قابل دانلود می باشد. جهت دانلود رایگان مقاله فارسی و انگلیسی روی عنوان فارسی (آبی رنگ) کلیک نمایید.
منبع:
The Design and Analysis of Piezoresistive Shuriken-Structured Diaphragm Micro-Pressure Sensors
