Mikrosenzory a mikromechanické systémy - Vysoké uÄÂenàtechnické ...
Mikrosenzory a mikromechanické systémy - Vysoké uÄÂenàtechnické ... Mikrosenzory a mikromechanické systémy - Vysoké uÄÂenàtechnické ...
Mikrosenzory a mikromechanické systémy 53Výhodou takovéhoto senzoru je jeho jednoduchost a nízké náklady (na elektrody nenípotřeba používat speciálních past). Nevýhodou je nutnost umístění bimetalového proužku doblízkosti substrátu, což představuje montážní operaci navíc. Teplotní rozsah a přesnost tohotosenzoru záleží na vlastnostech bimetalového proužku a na geometrickém uspořádání celéhokondenzátoru. Hlavní vliv má velikost a tvar elektrod a vzdálenost bimetalového proužku odsubstrátu (mezera představující vzduchové dielektrikum). Čím bude mezera menší, tím budemít senzor větší přesnost, ale zároveň se sníží jeho měřicí rozsah, a naopak.Dalším příkladem využití kapacitního principu je kapacitní tlustovrstvý senzor proměření atmosférického tlaku. Struktura je obdobná jako u senzoru teploty s bimetalovouelektrodou. Jedna elektroda realizována na keramickém substrátu a druhá elektroda jeumístěna mimo substrát. První uspořádání zobrazené na využívá pružné kovové membránysenzoru realizovaného přímo na substrátu (alternativou může být dielektrická pružnámembrána s nanesenou vodivou vrstvou). Druhá varianta využívá běžný aneroid umístěnýnad substrátem. Toto druhé zapojení je sice velice jednoduché, ale jeho přesnost je omezená,stejně tak jako rozsah měřeného tlaku.vodivá membránavakuumatmosférickýtlakaneroidatmosférickýtlakTLV elektrodaTLV elektrodaObrázek 6.13:Senzory atmosférického tlaku v zapojení s kapacitním převodem změnyatmosférického tlaku na elektrický signál.Pro tvorbu elektrod se používá běžných vodivých past. Většinou jsou to pasty na báziAg, které jsou levnější, ale konkrétní volba materiálu vždy záleží na předpokládané aplikaci.Jako poslední příklad je uveden kapacitní senzor vlhkosti se změnou permitivitydielektrika. Vlhkostní senzory kapacitního typu využívají toho, že sorpce molekul s vysokýmdipólovým momentem, jako je voda, vede ke změně dielektrické konstanty jinak nízképermitivity polymerních vrstev. Se změnou vlhkosti se změní i vlastnosti dielektrické vrstvy atím dojde i ke změně kapacity senzoru, která se následně vyhodnotí.Uspořádání senzoru se skládá z vrstvy vhodného polymerního dielektrika, které seumístí mezi dvě vodivé vrstvy, které tvoří elektrody. Uspořádání musí dovolovat přístupvlhkosti k polymerní vrstvě. To je důvodem využití tzv. interdigitální struktura, která siceumožňuje tvorbu jen malých kapacit, ale nabízí možnost vystavení velké plochy citlivéhopolymeru působení okolí.Kapacitního polymerní senzoru vlhkosti vyráběný firmou Vaisala je zobrazen na(Obrázek 6.14). Jedná se tenkovrstvý senzor, jehož spodní dvojice elektrod je nanesena naskleněný substrát napařováním iridia. Přes elektrody je potom na povrch nanesen ve formětenkého dielektrika citlivého na vlhkost acetát celulózy rozpuštěný v ethylen dichloridu.Horní vrstvu tvoří zlatá elektroda, která je dostatečně tenká a porézní, aby umožnila rychlýpřenos vlhkosti. Horní elektroda plní funkci společné opačné elektrody oběma spodnímelektrodám. Kapacita je přibližně přímo úměrná okolní vlhkosti. Senzor vykazuje hystereziméně než 2% RH a 90% časová odezva je menší než 1s.
54 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brněhorní elektroda65kapacita [pF]100 Hzpolymercitlivý navlhkostspodní Auelektrodypřívody605550451 kHz10 kHz100 kHz 1 MHz 10 MHzskleněný substrát 6mm x 4mm,tloušťka 0,2mm0 20 40 60 80 100relativní vlhkost [%]Obrázek 6.14:Senzor HUMICAP, vyvinutý firmou Vaisala, jeho princip a charakteristiky.Polovodičový kapacitní senzor v CMOS technologii byl využit také pro realizacisnímacího čipu otisku prstů. Celý čip se skládá z velkého množství článků uspořádaných domatice a určujících rozlišení. Článek pracuje ve dvou fázích: v první, nabíjecí zesilovač jeresetován, zkratován vstup i výstup invertoru. Během této fáze výstup invertoru se ustálí najeho logické rozhodovací úrovni. Během druhé fáze, určité množství náboje je uzemněno zevstupu, způsobující inverzní napětí na výstupu úměrné zpětnovazební kapacitě. Ta je inverzněúměrná vzdálenosti kůže, přičemž výstupní napětí je lineární závislé na vzdálenosti kůže.Díky určitému pevnému množství odváděného náboje, výstupní napětí invertoru budev rozsahu dvou extrémů závislých na velikosti zpětnovazební kapacity: 1) vysoká úroveň zanepřítomnosti zpětnovazební kapacity; 2) napětí blízko rozhodovací hodnotě za přítomnostizpětnovazební kapacity.Obrázek 6.15:Kapacitní senzor otisku prstůSoučasný prototyp je schopen zaznamenat otisk prstů s rozlišením 390 dpi, což jedostatečné pro vysokou spolehlivost určení pomocí image processing algoritmu. Budoucíprototyp by měl zvýšit rozlišení na 512 dpi.Kapacita senzorů vyrobených tenkovrstvou nebo tlustovrstvou technologií se pohybujev rozsahu 1p ÷ 100 pF. Senzory Texas Instruments 2CP5/2CP50 mají maximální rozsah0 ÷ 650 psi, minimální rozsah 0 ÷ 15 psi, přesnost ± 1.2 % z rozsahu, chyba vlivem teploty± 0.013%/°C. Další senzory této firmy 61CP pracují s vyšší přesností na stejných rozsazích s± 0.75% z rozsahu, vliv teploty ± 0.02%/°C. Oba typy mají napájení 5 V, výstupní napětí vrozsahu 0.5 ÷ 4.5 V. Metoda měření není uváděna.
- Page 6 and 7: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 8: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 11 and 12: 8 Fakulta elektrotechniky a komunik
- Page 14 and 15: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 16 and 17: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 18 and 19: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 20 and 21: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 22 and 23: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 24 and 25: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 26 and 27: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 28 and 29: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 30 and 31: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 32 and 33: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 34 and 35: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 36 and 37: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 38 and 39: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 40 and 41: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 42 and 43: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 44 and 45: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 46 and 47: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 48 and 49: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 50 and 51: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 52 and 53: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 54 and 55: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 58 and 59: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 60 and 61: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 62 and 63: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 64 and 65: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 66 and 67: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 68 and 69: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 70 and 71: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 72 and 73: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 74 and 75: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 76 and 77: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 78 and 79: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 80 and 81: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 82 and 83: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 84 and 85: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 86 and 87: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 88 and 89: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 90 and 91: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 92 and 93: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 94 and 95: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 96 and 97: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 98 and 99: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 100 and 101: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 102 and 103: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 104 and 105: Mikrosenzory a mikromechanické sys
54 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brněhorní elektroda65kapacita [pF]100 Hzpolymercitlivý navlhkostspodní Auelektrodypřívody605550451 kHz10 kHz100 kHz 1 MHz 10 MHzskleněný substrát 6mm x 4mm,tloušťka 0,2mm0 20 40 60 80 100relativní vlhkost [%]Obrázek 6.14:Senzor HUMICAP, vyvinutý firmou Vaisala, jeho princip a charakteristiky.Polovodičový kapacitní senzor v CMOS technologii byl využit také pro realizacisnímacího čipu otisku prstů. Celý čip se skládá z velkého množství článků uspořádaných domatice a určujících rozlišení. Článek pracuje ve dvou fázích: v první, nabíjecí zesilovač jeresetován, zkratován vstup i výstup invertoru. Během této fáze výstup invertoru se ustálí najeho logické rozhodovací úrovni. Během druhé fáze, určité množství náboje je uzemněno zevstupu, způsobující inverzní napětí na výstupu úměrné zpětnovazební kapacitě. Ta je inverzněúměrná vzdálenosti kůže, přičemž výstupní napětí je lineární závislé na vzdálenosti kůže.Díky určitému pevnému množství odváděného náboje, výstupní napětí invertoru budev rozsahu dvou extrémů závislých na velikosti zpětnovazební kapacity: 1) vysoká úroveň zanepřítomnosti zpětnovazební kapacity; 2) napětí blízko rozhodovací hodnotě za přítomnostizpětnovazební kapacity.Obrázek 6.15:Kapacitní senzor otisku prstůSoučasný prototyp je schopen zaznamenat otisk prstů s rozlišením 390 dpi, což jedostatečné pro vysokou spolehlivost určení pomocí image processing algoritmu. Budoucíprototyp by měl zvýšit rozlišení na 512 dpi.Kapacita senzorů vyrobených tenkovrstvou nebo tlustovrstvou technologií se pohybujev rozsahu 1p ÷ 100 pF. Senzory Texas Instruments 2CP5/2CP50 mají maximální rozsah0 ÷ 650 psi, minimální rozsah 0 ÷ 15 psi, přesnost ± 1.2 % z rozsahu, chyba vlivem teploty± 0.013%/°C. Další senzory této firmy 61CP pracují s vyšší přesností na stejných rozsazích s± 0.75% z rozsahu, vliv teploty ± 0.02%/°C. Oba typy mají napájení 5 V, výstupní napětí vrozsahu 0.5 ÷ 4.5 V. Metoda měření není uváděna.
Change language