制造微传感器的新方法可能会彻底改变电子产品的未来

要闻2021-10-06 12:04:10翟娜腾
导读纽约州立大学宾汉姆顿大学的研究人员发现了一种提高微型传感器性能的方法,这可能会对我们每天使用的电子设备产生广泛的影响。这项研究发现
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纽约州立大学宾汉姆顿大学的研究人员发现了一种提高微型传感器性能的方法,这可能会对我们每天使用的电子设备产生广泛的影响。

这项研究发现了一种更可靠的方法来使用致动器来控制微机电系统(Micro Electro Mechanical System),这是一种具有运动部件的微观设备,通常以与电子设备相同的方式生产。

宾汉姆顿团队发现,静电驱动的两种方法——平行板和悬挂致动器——的结合产生了可预测的线性,这些系统不能单独提供。

这项调查由国家科学基金会资助,主要由医生进行。马克帕莱(Mark Pallay)是首席研究员沙赫扎德(Sherry)Towfighian和联合首席研究员罗纳德迈尔斯(Ronald N. Miles)监督下的机械工程副教授和杰出教授。

这个团队的研究成果对于麦克风制造来说可能是革命性的,因为有了这种设计,信号可以提升到足够高的水平,这样电子设备产生的背景噪声就不再是问题。全球每年制造的麦克风超过20亿个,而且随着越来越多的设备具备语音交互功能,这个数字还在不断增加。

“电子噪音真的很难摆脱,”迈尔斯说。“你听到了背景中的嘶嘶声。当你制造非常小的麦克风时——这是我们想要做的——噪音是一个越来越大的问题。这是一个越来越大的挑战。这是避免这种情况的一种方法,降低了道路噪音。”

Towfighian曾广泛研究过MEMS,他解释说,微器件中的致动器通常只有两块板之间的间隙。这些板是闭合的,当设备接收到一定的电压时,设备就会被激活。

很难微调这种类型的致动器,但是在板的两侧增加两个电极将产生悬浮效果,同时将它们分开,并允许更好地控制设备。

“通过结合这两个系统,我们可以摆脱非线性,”她说。“如果给它一些电压,它会保持一定的距离,保持大范围的运动。”

迈尔斯说,在制造麦克风致动器时,可预测性非常重要,这是他最近研究的重点。

他说:“在传感器中,如果移动一个电池,并且一个电池中的输出电压增加,或者随着比率的增加,寿命会更短。“在执行机构中,你试图推动一个物体,所以如果你给它两倍的电压,你希望它前进两次,而不是四次。

“就像你有一把尺子,当你向上移动时,英寸的长度会发生变化。使用电容式传感器,当你向上移动时,你会在灵敏度和输出上有这些奇怪的变化。这是一个巨大的麻烦。”

当宾汉姆顿的研究人员开始他们的研究时,他们不知道将这两种想法结合起来会提供最好的结果。

“魔法——愚蠢的运气——是非线性抵消,”迈尔斯说。“他们倾向于相反的方向。我们可以证明它们在很大范围内是线性的。

“通过同时使用这两种电极配置,它可以为您提供更多旋钮,并通过向不同电极施加电压来进行更多调整。使用简单的平行板,可以在它们之间使用一个电压,没有太多的设计自由度。有了这个,电极会更多,可以更好地控制设计。”

除了制造麦克风的可能性——使它们更小、更好、更便宜——陶菲希安还看到了新的致动器设计如何用于她的研究,包括陀螺仪、加速度计、压力传感器和其他类型的开关。

她说:“我们已经在基础层面展示了这一概念,但它有着广泛的应用。“它可以改善很多设备的功能,所以影响可能很大。”

标题为“结合平行板和悬挂致动器以实现静电微机电系统的线性和可调性”的研究发表在《应用物理杂志》上。

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