Daha küçük ve daha basit sensörler: Elektrik alan gücünün "bozulmasız" ölçümü!
Kılavuz
Son zamanlarda, Avusturya'daki Viyana Teknik Üniversitesi (TU Wien) elektrik alan gücünü ölçmek için bir sensör geliştirdi. Benzer cihazlara göre daha küçük, daha basit ve bozulmaya daha az eğilimlidir.
arka fon
Sensörler, tıp elektroniği, Nesnelerin İnterneti, akıllı donanım, robotlar ve giyilebilir cihazlar gibi birçok bilimsel ve teknolojik alanda her zaman hayati bir rol oynamıştır. Yazar daha önce, mahsul nemini ölçme, insan hareketini izleme, hastalıkları tespit etme, içme suyu kalitesini tespit etme, uyarıcı ve patlayıcıları tespit etme, köprü yapısı problemlerini tespit etme gibi çok çeşitli uygulamaları olan sensörlerle ilgili birçok yenilikçi teknolojiyi tanıttı ve daha fazlası.
Herkesin sensörü daha sezgisel olarak anlaması için tipik bir sensör yeniliği örneği verin. Aşağıdaki resim, İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü Zürih (ETH) tarafından sıcaklığı ölçmek için geliştirilen biyolojik olarak parçalanabilir bir mikro biyosensördür. Bu sensörün özelliği, toksik olmayan ve biyolojik olarak parçalanabilen malzemelerden yapılmış olmasıdır.
(Resim kaynağı: ETH Zurich)
Yenilikçilik
Bugün, tanıtacağımız yenilikçi bilimsel ve teknolojik başarı da yeni bir sensör türüdür, ancak bu sefer amacı elektrik alan gücünü ölçmektir. Sensör, Avusturya'daki Viyana Teknik Üniversitesi (TU Wien) tarafından geliştirilmiştir ve benzer cihazlardan daha küçüktür (aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi: boyut bir peniden daha küçüktür), daha basittir ve distorsiyona daha az meyillidir.
(Resim kaynağı: TU Wien)
Avusturya'daki Tuna Üniversitesi Krems'deki Entegre Sensör Sistemleri Bölümü de ortak sensör tasarımına katıldı. İlgili makaleler elektronik dergi "Nature Electronics" (Nature Electronics) 'de yayınlandı.
teknoloji
Teknik açıdan, elektrik alanını ölçmek basit bir iş değildir.
Viyana Teknoloji Üniversitesi'nin bilimsel araştırma ekibi, şimdiye kadar tüm diğer cihazların izlediği tasarım yönergelerini ihlal etti ve mikroelektromekanik sistemler için silikon bazlı bir sensör geliştirdi. Bu sensörün temel avantajı, halihazırda ölçülen elektrik alanını bozmamasıdır.
TU Wien Elektrik Mühendisliği Okulu Sensör ve Aktüatör Sistemleri Enstitüsü'nden Andreas Kainz şunları söyledi: "Şu anda, elektrik alan kuvvetini ölçmek için kullanılan cihazlarda bazı önemli kusurlar var. Bu cihazlar, yüklü hale gelen parçalar içeriyor. İletken metal bileşenler, Ölçülen elektrik alanı; bu etki, ölçüm için bir referans noktası sağlamak için cihazın da topraklanması gerekiyorsa daha da önemli hale gelecektir. "
TU Wien ekibi, çok basit bir konsepte dayanan silikondan yapılmış bir sensör geliştirdi: ızgara benzeri küçük bir silikon yapı (sadece birkaç mikron boyutunda) küçük bir yaya sabitlendi. Silikon bir elektrik alanına maruz kaldığında, silikon kristali üzerine bir kuvvet etki ederek yayın hafifçe büzülmesine veya uzamasına neden olur.
(Resim kaynağı: TU Wien)
Şimdi, bu ince hareketlerin görünür hale gelmesi gerekiyor. Bu nedenle, araştırmacılar optik bir çözüm geliştirdiler: başka bir ızgara, hareketli silikon ızgaranın üstüne yerleştirildi ve bir ızgaranın boşluğu diğer ızgara tarafından kapsanacak şekilde tam olarak düzenlendi. Elektrik alanı göründüğünde, hareketli yapı, sabit ızgara ile mükemmel hizalamadan kurtulmak için hafifçe hareket edecek ve ışığın boşluktan geçmesine izin verecektir. Bu ışık ölçülecek ve elektrik alan gücü uygun bir kalibrasyon cihazı ile ondan hesaplanabilecektir.
(Resim kaynağı: TU Wien)
değer
Bu yeni silikon sensör, elektrik alanının yönünü ölçmüyor, ancak yoğunluğu ölçüyor. Bir kilohertz'e kadar nispeten düşük frekanslı elektrik alanları için kullanılabilir. Elektrik alanlarının doğru ölçümü, hava durumu tahmini, endüstriyel makinelerin proses kontrolü ve yüksek voltajlı güç hattı çalışanlarının güvenliği dahil olmak üzere bir dizi uygulama için gereklidir.
Andreas Kainz şunları söyledi: "Bu prototip cihazı kullanarak, zayıf elektrik alanlarını metre başına 200 volttan daha az yoğunlukta güvenilir bir şekilde ölçebildik. Bu, sistemimizin mevcut ürünlerle aynı seviyeye ulaştığı, ancak önemli ölçüde daha küçük ve daha küçük olduğu anlamına geliyor. Basit. Diğer ölçüm yöntemleri olgun çözümlerdir ve yeni başladık. Gelecekte, mikroelektromekanik sensörlerimiz kesinlikle çok daha iyi sonuçlar sağlayacaktır. "Gelecekte daha fazla iyileştirme için, bu ürün aynı zamanda büyük bir potansiyele sahiptir.
Anahtar kelime
Sensörler, MEMS, silikon
Referans
[1] https://www.tuwien.ac.at/en/news/news_detail/article/125562/
[2] Kainz ve ark .. Elektrik alan distorsiyonsuz probları . Nature Electronics 1, 10-11 (2018). Doi: 10.1038 / s41928-017-0013-9
