Hvad er en piezoresistiv sensor?
En piezoresistiv sensor er en anordning, der gør brug af ændringer i resistiviteten af visse halvledermaterialer, når de udsættes for mekanisk belastning for at udføre en elektronisk handling. Dette piezoresistive fænomen er baseret på disse materialers tendens til at gennemgå ændringer i deres latente resistive egenskaber, når de bøjes ved udsættelse for tryk eller stress. Dette medfører en tilsvarende ændring i enhver elektrisk strøm, der passerer gennem enheden, som oversættes til en måling eller aflæsning. Halvledermaterialer, der almindeligvis bruges i piezoresistive enheder, er generelt de samme basiske metalliske og silikone-familier, der bruges i de fleste elektroniske komponenter. Disse komponenter fås med en lang række følsomhedsegenskaber, der passer til kravene fra forskellige industrier.
Når visse halvledermaterialer udsættes for mekanisk belastning, ændres deres modstand eller grundlæggende evne til at modstå elektrisk strøm. Denne ændring i materialets modstandsdygtighed ændrer naturligvis dens specifikke modstandsværdi. Dette resulterer i en stigning eller fald i enhver strøm, der føres gennem enheden, som derefter bruges til at indikere eller måle den involverede stress. Den piezoresistive virkning udnyttes til at skabe en række afbøjningsfølsomme halvlederanordninger, der bruges til at registrere og måle stressinducerende kræfter, såsom acceleration og tryk.
Denne type sensor er typisk konstrueret af halvledersubstrater, såsom germanium, polykrystallinsk silikone, amorf silikone og enkeltkrystalsilicone. En typisk sensor består af en trykfølsom halvledermembran med flere n + og p + kontakter fastgjort til den. Elektrisk strøm ledes gennem skiven med en hastighed afhængig af dens modstand. Denne aktuelle overførsel og den resulterende aflæsning adskiller sig afhængigt af modstandsændringerne i komponenten, når membranen udsættes for tryk. Disse sensorer spænder i kompleksitet fra enkle piezoresistorer med begrænset rækkevidde og temperaturstabilitet til meget stabile og nøjagtige Piezo-FET'er.
Den piezoresistive sensor anvendes i en lang række anvendelser, der involverer mekanisk spændingsmåling. Bilindustrien anvender dem som vakuum- og tryksensorer eller for at give indikation af olie- og gasniveauer. De bruges også inden for det medicinske område i apparater såsom blodtryksmåleudstyr. Dybdemålere brugt af dybhavsdykkere anvender også piezoresistiv sensorteknologi til at producere nøjagtige dybdemålinger. Disse enheder bruges også i flyhøjdemålere og instrumenter til barometrisk tryk.
Trykafhængige sensorer af denne type bruges også ofte i elektroniske måleinstrumenter, der bruger kredsløb og komponenter såsom Wheatstone-broen og bipolære transistorer. Accelerometre brugt til at måle positionsorientering, acceleration og vibrationskræfter anvender også piezoresistiv sensorteknologi til at producere deres aflæsninger. Denne teknologi har også fundet vej ind i det hjemlige miljø med mange opvaskemaskiner, støvsugere og producenter af vaskemaskiner, der bruger dem i deres produkter.