Teoría de Microsensores

Microsensores 
Desde que los microsensores no transmiten la energía, la escala de la fuerza no suele ser significativa. Al igual que con la detección a gran escala convencional, las cualidades de interés son a efectos extraños no se miden en alta resolución, la ausencia de deriva y la histéresis, el logro de un ancho de banda suficiente, y la inmunidad. Los Microsensores se basan normalmente en cualquiera de las mediciones de la tensión mecánica, la medida de desplazamiento mecánico, o en la medición de frecuencia de una resonancia estructural. Los dos primeros tipos son en esencia medidas analógicas, mientras que la última es, en esencia, una medida de tipo binario, ya que la cantidad detectada es típicamente la frecuencia de vibración. Dado que la frecuencia de sensores de tipo medida resonante en lugar de la amplitud, que son generalmente menos susceptibles al ruido y por lo tanto típicamente proporcionan una medida de mayor resolución.

De acuerdo con Guckel., Los Sensores resonantes proporcionan tanto como cien veces la resolución de los sensores analógicos. También son, sin embargo, más compleja y son típicamente más difíciles de fabricar. La forma primaria de medición basado en la cepa es piezorresistivo, mientras que el primer medio de medición de desplazamiento es capacitiva. Los sensores resonantes requieren tanto un medio de excitación estructural, así como un medio de detección de la frecuencia resonante. Muchas combinaciones de la transducción se utilizan para estos fines, incluyendo la excitación electrostática, la detección capacitiva, excitación magnética y la detección, la excitación térmica, y la detección óptica.

Muchos microsensores se basan en la medición de la deformación. El principal medio de la medición de la tensión es a través de medidores de tensión piezorresistivo, que es una forma analógica de medición. bandas extensométricas piezorresistivos, también conocidos como medidores de semiconductores, cambian la resistencia en respuesta a una tensión mecánica. Tenga en cuenta que los materiales piezoeléctricos se pueden utilizar también para medir la tensión. Recordemos que la tensión mecánica induce una carga eléctrica en una cerámica piezoeléctrica. El principal problema con el uso de un material piezoeléctrico, sin embargo, es que, dado que tiene circuitos de medición de impedancia limitada, la carga generada a partir de una tensión mecánica se escapará gradualmente a través de la impedancia medida.

Un material piezoeléctrico, por tanto, no puede proporcionar una medición de señal de estado estacionario fiable. En constraste, el cambio en la resistencia de un material piezoresistivo es estable y fácil de medir para las señales de estado estacionario. Un problema con los materiales piezorresistivos, sin embargo, es que presentan una fuerte dependencia de la temperatura, y por lo tanto deben típicamente ser compensadas térmicamente.

Una variación interesante en el piezoresistor el silicio es el medidor de deformación resonante propuesto por Ikeda, que proporciona un formulario basado en la frecuencia de medición que es menos susceptible al ruido. El medidor de deformación resonante es una viga que está suspendida ligeramente por encima del miembro de tensión y unido a él en ambos extremos. El rayo medidor de deformación es magnéticamente excitado con impulsos, y la frecuencia de la vibración es detectada por el circuito de detección magnética. Puesto que el haz se estira por la tensión mecánica, la frecuencia de vibración aumenta. Estos sensores proporcionan una mayor resolución que piezoresistores típicos y tienen un coeficiente de temperatura inferior. Los sensores resonantes, sin embargo, requieren una técnica de fabricación tridimensional complejo, a diferencia de los piezoresistores típicos que requieren técnicas sólo planas.

Una de las tecnologías de microsensores de mayor éxito comercial es el sensor de presión. Los sensores de presión de silicio micromaquinado están disponibles los rangos de presión medida a partir de alrededor de uno a varios miles de kPa, con resoluciones tan finas como una parte en diez mil. Estos sensores incorporan un diafragma de silicio micromaquinado que se somete a fluido (es decir, líquido o gas) de presión, que provoca la dilatación del diafragma. El más simple de estos utilizan piezoresistores montados en la parte posterior del diafragma para medir la deformación, que es una función de la presión. Ejemplos de estos dispositivos son los de Fujii y Mallon.

Una variación de esta configuración es el dispositivo por Ikeda. En lugar de un piezoresistor para medir la tensión, un sensor de deformación de resonancia electromagnética y conducido detectada, como se discutió en la sección anterior, se utiliza. Todavía otra variación sobre el mismo tema es el enfoque de medición capacitivo, que mide la capacitancia entre el diafragma y un electrodo que está montado rígidamente y paralela al diafragma. Un ejemplo de este enfoque es por Nagata. Un enfoque más complejo a medida de la presión es que por Stemme y Stemme, que utiliza la resonancia del diafragma para detectar la presión. En este dispositivo, el diafragma es capacitivamente excitado y detectado ópticamente. La presión impone una carga mecánica sobre la membrana, lo que aumenta la rigidez y, a su vez, la frecuencia de resonancia.