Wat is een piëzoresistieve sensor?
Een piëzoresistieve sensor is een apparaat dat gebruik maakt van veranderingen in de soortelijke weerstand van bepaalde halfgeleidermaterialen wanneer ze worden onderworpen aan mechanische spanning om een elektronische actie te bewerkstelligen. Dit piëzoresistieve fenomeen is gebaseerd op de neiging van deze materialen om veranderingen in hun latente resistieve eigenschappen te ondergaan wanneer ze worden gebogen door blootstelling aan druk of stress. Dit veroorzaakt een overeenkomstige verandering in elke elektrische stroom die door het apparaat stroomt, wat zich vertaalt in een meting of uitlezing. Halfgeleidermaterialen die gewoonlijk worden gebruikt in piëzoresistieve apparaten zijn over het algemeen dezelfde basale metaal- en siliconenfamilies die in de meeste elektronische componenten worden gebruikt. Deze componenten zijn verkrijgbaar met een breed scala aan gevoeligheidskarakteristieken om te voldoen aan de vereisten van diverse industrieën.
Wanneer bepaalde halfgeleidermaterialen worden blootgesteld aan mechanische stress, verandert hun soortelijke weerstand of basaal vermogen om weerstand te bieden aan elektrische stroomstroming. Deze verandering in het materiaalresistente karakter verandert duidelijk zijn specifieke weerstandswaarde. Dit resulteert in een stijging of daling van de stroom die door het apparaat wordt geleid en die vervolgens wordt gebruikt om de betrokken spanning aan te geven of te meten. Het piëzoresistieve effect wordt benut om een reeks afbuigingsgevoelige halfgeleiderapparaten te creëren die worden gebruikt om stress-inducerende krachten zoals versnelling en druk te registreren en te meten.
Dit soort sensor is typisch opgebouwd uit halfgeleidersubstraten zoals germanium, polykristallijne siliconen, amorfe siliconen en eenkristal-siliconen. Een typische sensor bestaat uit een drukgevoelig halfgeleidermembraan waaraan verschillende n + en p + contacten zijn bevestigd. Elektrische stroom wordt door de wafer geleid met een snelheid afhankelijk van zijn weerstand. Deze stroomoverdracht en de resulterende aflezing verschillen afhankelijk van de weerstandsveranderingen in de component wanneer het membraan wordt blootgesteld aan druk. Deze sensoren variëren in complexiteit van eenvoudige piëzo-weerstanden met een beperkt bereik en temperatuurstabiliteit tot zeer stabiele en nauwkeurige piëzo-FET's.
De piëzoresistieve sensor wordt gebruikt in een breed scala van toepassingen met mechanische spanningsmeting. De auto-industrie gebruikt ze als vacuüm- en druksensoren of om olie- en gasniveaus aan te geven. Ze worden ook op medisch gebied gebruikt in apparaten zoals bloeddrukmeetapparatuur. Dieptemeters die worden gebruikt door diepzeeduikers maken ook gebruik van piëzoresistieve sensortechnologie om nauwkeurige dieptemetingen te produceren. Deze apparaten worden ook gebruikt in hoogtemeters van vliegtuigen en barometrische drukinstrumenten.
Drukafhankelijke sensoren van dit type worden ook vaak gebruikt in elektronische meetinstrumenten die circuits en componenten gebruiken zoals de Wheatstone-brug en bipolaire transistors. Versnellingsmeters die worden gebruikt om positionele oriëntatie, versnelling en trillingskrachten te meten, gebruiken ook piëzoresistieve sensortechnologie om hun uitlezingen te produceren. Deze technologie heeft ook zijn weg gevonden naar de huiselijke omgeving met veel vaatwassers, stofzuigers en wasmachinefabrikanten die ze in hun producten gebruiken.