כיצד חיישנים בלחץ הם מהפכה באלקטרוניקה

כיצד חיישן לחץ MEMS הוא שינוי האלקטרוניקה

מערכות לחץ מיקרואלקטרוניקה מודרניות (MEMS) הפכו הכרחיים באלקטרוניקה לצרכנים המודרנית, תוך קדמה באינטליגנציה של המכשיר, יעילות אנרגיה ואינטראקציה משתמשים. אלה טרנסנפצים זעירים, לעתים קרובות מדידה פחות ממילימטר בכל ממד, מהמיר לחץ פיזי לסימנים חשמליים עם דיוק מדהים.השילוב שלהם לתוך טלפונים חכמים, ללבוש מכשירים בית חכם, וטכנולוגיות מתפתחות עיצב מחדש את האופן שבו צרכנים ואינטראקציה עם מוצרים דיגיטליים.

מה הם חיישנים של לחץ MEMS?

חיישני לחץ MEMS הם מכשירים מיקרו-מסווגים אשר מזהים לחלוטין, מד, או לחץ שונה.הם משלבים דידפגזם דק - בדרך כלל עשויים סיליקון - כי deflects תחת לחץ יישומי.השטן זה מועבר לתוך פלט חשמל באמצעות אחד מכמה עקרונות פיזיים.המבנה המכני מיוצר באמצעות טכניקות ייצור מכני כגון photolithching, etching, ו deposition המאפשר ייצור סיליקון נמוך של סיליקון.

עקרונות עבודה

שלושת המנגנונים הנפוצים ביותר לחיישנים של לחץ MEMS הם משככי כאבים, קיבולי, ו resonant.

• (FLT:0) חיישנים פוסאורסטיים של ®FLT:1eur להשתמש בdiaphragm עם מתנגדים מוטבעים אשר ההתנגדות שלהם משתנה עם מתח.כאשר הלחץ מסיט את ה-diaphragm, חוסר איזון במעגל גשר חיטה מייצר מתח פרופורציה ללחץ החל.חיישנים אלה חזקים, מציעים לינאריות טובה, והם בשימוש נרחב ביישומים תעשייתיים ותעשייתיים.
• (FLT:0 חיישנים קפטיביים של חיישנים FLT:1 מודד את השינוי בקאמציות בין אלקטרודה קבועה לבין diaphragm סחבת, כמו עלייה בלחץ, הפער יורד, מעלה חיישנים של meMS קיבולי להצטיין ביישומים בעלי עוצמה נמוכה ולספק רגישות גבוהה, מה שהופך אותם אידיאליים עבור מכשירים ניידים.
• (FLT:0 חיישנים חוזרים) לזהות שינויים בתדירות הטבעית של מבנה רוטט כלחץ עיוות אותו.שינוי התדר הוא צפוי מאוד וחסן למקורות רעש רבים, הניב יציבות ארוכת טווח מעולה.עם זאת, החיישנים האלה מורכבים יותר ובדרך כלל יקרים יותר, מגבילים את השימוש שלהם למכשירים מדויקים מיוחדים.

רוב חיישני הלחץ של MEMS ברמת הצרכן כיום משתמשים בעיצובים קיבוליביים או משככי כאבים כי הם מציעים את הטוב ביותר סחרחור בין גודל, כוח, דיוק, ועלויות.

ייצור ומיניטוריזציה

חיישני לחץ MEMS מרוקנים באמצעות טכניקות שנלקחו מתעשיית המעגל המשולבת.בולק מיקרומצ'ינג ומדפי חלקים של סיליקון תת-קרקעית כדי ליצור חללים ו-diaphragms, בעוד שפיקד משטחים של פיקדונות ותבניות סרטים דקים על גבי חיישנים דקים פחות מ-ap. Advances כולל באמצעות silicon דרך קישורים אנכיים ו-pirephfer-s כימות כימות שלה מאפשר כעת חסימתיקים של חיישנים, כמו גם 1 מ-מ"מ"מ"מ-a פחות, כמו גם אחסון קצר יותר, כמו גם אחסון, כמו גם חיישנים.

יתרונות מרכזיים על חושי לחץ מסורתיים

בהשוואה לחיישנים של לחץ בקנה מידה מאקרו (למשל, זנים מבוססי זנים או משככי כאבים), גרסאות MEMS מציעות חבילה של הטבות שמתאימות באופן מושלם עם מגבלות של אלקטרוניקה צרכנית.

המונחים: Miniature Form Factor

חיישני לחץ MEMS הם פקודות של גודל קטן יותר מאשר חלופות קונבנציונליות.חבילה חיישן טיפוסית 2.0 × 2.0 × 0.7 מ"מ, המאפשר למעצבים להטמיע אותם במכשירים שבהם כל מ"מ מ"ק נחשב - כגון אוזניות אלחוטיות אמיתיות, טבעות חכמות או משאבות אינסולין.

Ultra-Low Power Contion

חיישני MEMS קפצויים יכולים לפעול עם תוספת קבועה של כמה מיקרו-אמפים.במכשירים המופעלים על ידי סוללות, זה מרחיב זמן באופן משמעותי.חיישנים רבים גם תומכים במבצע ממוחזר, מתעורר רק כאשר שינוי הלחץ עולה על סף הניתן לתוכנה, עוד צמצום כוח ממוצע.

רגישות גבוהה וכלכלה

ברמונים מודרניים של MEMS להשיג החלטה עד 0.01 hPa, אשר מתאים לשינויים בגובה של כ 10 ס"מ. הדיוק הזה מאפשר תכונות כמו ניווט מקורה ברמת הרצפה, שיפור זמני מנעולים GPS, ו barometric altimeters ב חיצונית.מעל טווח של 300-1100 hPa, דיוק טיפוסי הוא טוב יותר מ ±1 hPa.

עלויות-אווירה באמצעות בדפי באץ'

מכיוון שחיישנים של MEMS מיוצרים על סיליקון ויפרים באמצעות photolithography, אלפי מכשירים זהים מיוצרים בו זמנית.שיעורי Yield מעל 90% מונעים את מחירי היחידה מתחת ל- 050 דולר עבור הזמנות בעלות גבוהה.זה מפיץ גישה לחישה מתוחכמת, ומאפשר אפילו טלפונים חכמים תקציביים לכלול ברומטרים ועקב בגובה.

אינטגרציה וגמישות

ניתן לטעון חיישנים בלחץ MEMS באופן מונוליטי או היברידית עם ASICs (עיגולים משולבים ספציפית) המספקים את הגדלה, דיגיטציה, פיצוי טמפרטורה, ממשקי I2C / SPI. התוצאה היא חבילת חיישן דיגיטלי עם סחף נמוך וחסינות גבוהה להפרעות אלקטרומגנטיות.ספקים רבים להבטיח יציבות לטווח ארוך יותר מ 0.1% בשנה.

יישומים שונים ב- Consumer Electronics

חיישני לחץ MEMS עברו הרבה מעבר לברמטרים הפשוטים של טלפונים חכמים מוקדמים כיום, הם מאפשרים מגוון רחב של תכונות חכמות על פני קטגוריות המוצר.

טלפונים חכמים ו Tablets

כמעט כל טלפון חכם גבוה עכשיו כולל חיישן לחץ meMS barometric.התפקיד העיקרי הוא לסייע GPS על ידי מתן נתונים מיקום אנכי - גובה - אשר מאיץ מנעול לווייני ומשפר את המיקום הפנימי בשילוב עם Wi-Fi ומערפדות BLE.במכשירים כמו Apple iPhone ו Samsung Galaxy סדרה, הברמטר גם מאפשר יישומים חיזוי מזג אוויר, עלייה נתונים עבור phototagging, ואפילו שלב על ידי סינון נתונים אחורית, מעקב אחר דיוקים אחוריים, מעקב אחר רמות מעקב אחר נתונים אחוריים, לעומת מודלים של תאים אחוריים.

טכנולוגיה לובשת

שעונים חכמים, להקות כושר, טבעות חכמות הם בין המגזרים הצומחים ביותר עבור חיישנים לחץ MEMS. במכשירים אלה, חיישנים לשרת תפקידים מרובים:

• (FLT:0) מעקב אחר מעקב אחר FLT:1 עבור טיולים, סקי, וטיפוס יישומים.סדרת Garmin Fenix ו-Apple Watch Ultra להשתמש ברומטר תמיד על מנת להיכנס לריכוז ולירידה.
• (FLT:0 Blood Pressure MonitorFLT:1) - יישום פריצת דרך שבו חיישן לחץ MEMS בשרוול של כף יד ונווט לחץ דם.
• (FLT:0) ניטור פיראטיות (Respiratory MonitorFLT:1) - גילוי תנועת חזה באמצעות שינויים בלחץ לבוש חזק או רצועה חזה.
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מציאות וירטואלית, מציאות מוגברת, וגיימינג

חוויות אימרסיות דורשות מעקב מדויק של התנועה כדי להפחית את מחלת התנועה ולשפר את המציאות. mMS לחץ חיישנים להשלים יחידות מדידה אינפורמטיבי (IMUs) על ידי זיהוי שינויים בגובה כאשר המשתמש crouches, קופץ, או עומד על פלטפורמה מוגדלה.בראשי VR, ברומטר יכול לחדד שישה מעלות של חופש (6-DoF) מעקב על ידי הממד האנכי.

מכשירים ביתיים חכמים

חיישני לחץ MEMS מוטבעים יותר ויותר במערכות אקולוגיות בית חכמות:

• (FLT:0Leak Detection: FLT:1 חיישנים להציב צינורות מים צנטרים לחץ טיפות מעיד על דליפות. כאשר שינוי פתאומי מזוהה, שסתום חד פעמי חכם יכול להיות מופעל באופן אוטומטי, למנוע אלפי דולרים לנזק מים.
• איכות האוויר ואופטימיזציה HVAC:FIRLT:1 חיישנים בלחץ ברומטי למדוד לחץ שונה על פני מסננים אוויריים. כמו קרישי המסנן, ההפרש הלחץ עולה, מה שמוביל התראה להחליף אותו.הם גם מאפשרים אוורור יעיל של הביקוש נשלט על ידי חישה דיקור באמצעות שינויים קלים בחדר.
• תחנות מזג אוויר:0 בתים: 1FLT 1 מכשירים Standalone להשתמש ברמטר MEMS כדי לספק תחזית מזג אוויר היפרלופ על תצוגה או אפליקציה מחוברת.

Drones ו- Robotics

מזל"טים אוטונומיים מסתמכים על חיישני לחץ ברומטרי לעצירת הגובה.כאשר GPS חלש או מקורה, הברמטר מספק התייחסות יציבה עם דיוק תת-20 ס"מ. חיישנים לחץ MEMS גם לזהות שינויים בזרימת אוויר סביב הגוף של המל"טים כדי להעריך מהירות רוח וכיוון, סיוע ייצוב.בניקוי אבק רובוטי, לחץ לזהות מגע עם קירות או רהיטים כדי להפעיל התנהגות, או למדוד לחץ כדי לקבוע מתי אבק מלא.

ניווט אישי ואוטו

בעוד לא רק אלקטרוניקה צרכנית, מכשירים אישיים רבים של ניווט (יחידות GPS, דיפאורות, ואפילו קטנועים מתקפלים חשמליים) משתמשים ברמטרים של MEMS כדי לחשב שינויים בגובה ולשפר את תכנון המסלול.החיישנים מספקים גם נתונים לחץ ברומטרי עבור תצוגות מזג אוויר מקומיות.

מגמות שוק וחדשנות עתידית

השוק העולמי של חיישני לחץ MEMS צפוי לעלות על 3 מיליארד דולר עד 2028, מונע על ידי אימוץ גובר בלבושים, טלפונים חכמים, אינטרנט של דברים (IoT) ומוצרים צרכניים רפואיים.

חיישנים Fusion ו- AI-Enabled Edge עיבוד

במקום לפעול כרכיבי עמידה, חיישני לחץ MEMS הם יותר ויותר חלק מפלטפורמות מרובות-רגישות. אלגוריתמי למידת מכונות לרוץ על מעבדים משובצים משלבים ברומטרי, מדמטר, ונתוני מגנטימטר כדי להיפר פעילות של משתמשים, מיקום, והקשר סביבתי עם דיוק גבוה.לדוגמה, שעון חכם יכול להבחין בין רכיבה על מעלית (תנועה אנכית) וטיפוס (כמו לחץ לאחור) ללא שינוי סוללה קבוע.

גמישות ומתעתחת MEMS

מוסדות מחקר מפתחים חיישני לחץ MEMS על תת-שכבות גמישות כגון פולימידיד או PDMS. חיישנים אלה ניתן לשלב בתוך בדים חכמים, כתמים בריאותיים תואמים, או משטחים מעוקלים של משקפיים חכמים.הטכנולוגיה עדיין ממצמצמצמצת אך מבטיחה להרחיב יישומים לעור אלקטרוני עבור רובוטיקה רכות וניטור סבלני מתמשך.

מתקדם במכשור רפואי

ניטור דם מתמשך ללא פולשני (cNIBP) ניטור הוא אחד היישומים הצפויים ביותר. חברות כמו Valencell ו- Bluth הוכיחו מערכות ללא חנק המשתמשות חיישן לחץ MEMS בשילוב עם photoplethysmography (PPG) וזמן המעבר הדופק (PTT) אלגוריתמים אלחוטיים יכולים להפוך את ה-Smartwatchs למפקחים ראשוניים הקשורים לחיישנים עצביים, בנוסף לחיישנים שיכולים להיות נבדקים על ידי לחץ נשיג באמצעות לחץ דם קצר לאחר ניתוח.

שילוב עם IoT ו-Ubiquitous Sensing

(נמוך, נמוך כוח חיישנים לחץ MEMS כוח נמוך הם יסוד לאינספור צמתים של IoT - מחקלאות חכמה (הלחץ האטמוספרי לחיזוי מזג אוויר) ללוגיסטיקה (הגובה ברומטרי לגילוי פתיחה בלתי מורשית של מיכלים) התפלגות של סיבית (FLT) או חיישנים חד-חמצנים (Lens) אשר משלבים את ה-iOS 3 LT2K) ל-FensicicicOSIOS חיישנים משולבים ל-Fens.

על פי דוח שוק המודיעין של MEMS צפוי לגדול בשיעור צמיחה שנתי מורכב של 8.2% מ-2023 עד 2028, עם אלקטרוניקה צרכנית המייצגת את מגזר הנפח הגדול ביותר.חדשנות רציפה באריזה, שיקום אחורי מקצה לקצה, וממשק דיגיטלי יפחית עוד יותר את הגודל והעלות תוך שיפור הדיוק.

מסקנה

חיישני לחץ MEMS התפתחו ממרכיבים תעשייתיים נישה לתוך כל אמצעי מניעה של אינטליגנציה אלקטרונית צרכנית. הגודל המיניאטורית שלהם, כוח נמוך, דיוק גבוה, ועלויות צנרת מנעו תכונות שהיו פעם מדע בדיוני: מעקב אחר כושר ריכוזי משקל, ניטור לחץ דם לא פולשני, רחפנים אוטונומיים, וחיזוי מזג אוויר היפרלוליבי.

לקריאה נוספת על חידושי חיישן הלחץ האחרונים של MEMS, לשקול לחקור את הנושא המיוחד של חיישן MMS על חיישני לחץ MEMS לחץ חיישנים ראשייםFLT:1, אשר מפרסם מחקר ביקורת עמיתים על עיצוב, ייצור ויישומים.