Что такое пьезорезистивный датчик?

Пьезорезистивный датчик представляет собой устройство, которое использует изменения удельного сопротивления определенных полупроводниковых материалов при воздействии механического напряжения для воздействия на электронику. Это пьезорезистивное явление основано на тенденции этих материалов претерпевать изменения в их скрытых резистивных характеристиках при изгибе под воздействием давления или напряжения. Это вызывает соответствующее изменение в любом электрическом токе, проходящем через устройство, которое преобразуется в измерение или считывание. Полупроводниковые материалы, обычно используемые в пьезорезистивных устройствах, обычно представляют собой те же самые основные металлические и силиконовые семейства, которые используются в большинстве электронных компонентов. Эти компоненты доступны с широким диапазоном характеристик чувствительности, чтобы удовлетворить требования различных отраслей промышленности.

Когда некоторые полупроводниковые материалы подвергаются механическим воздействиям, их удельное сопротивление или базовая способность противостоять потоку электрического тока изменяется. Это изменение в сопротивлении материала, очевидно, изменяет его значение удельного сопротивления. Это приводит к увеличению или падению любого тока, проходящего через устройство, которое затем используется для индикации или измерения соответствующего напряжения. Пьезорезистивный эффект используется для создания ряда чувствительных к прогибу полупроводниковых устройств, используемых для регистрации и измерения сил, вызывающих напряжение, таких как ускорение и давление.

Этот тип датчика обычно состоит из полупроводниковых подложек, таких как германий, поликристаллический силикон, аморфный силикон и монокристаллический силикон. Типичный датчик состоит из чувствительной к давлению полупроводниковой диафрагмы с несколькими n + и p + контактами, прикрепленными к нему. Электрический ток пропускается через пластину со скоростью, зависящей от ее сопротивления. Эта передача тока и результирующее считывание отличаются в зависимости от изменений сопротивления в компоненте, когда на мембрану воздействует давление. Эти датчики по сложности варьируются от простых пьезорезисторов с ограниченным диапазоном и температурной стабильностью до высокостабильных и точных пьезо-полевых транзисторов.

Пьезорезистивный датчик используется в самых разных областях, включая измерение механических напряжений. В автомобильной промышленности они используются в качестве датчиков вакуума и давления или для индикации уровня масла и газа. Они также используются в медицинской сфере в таких устройствах, как оборудование для измерения кровяного давления. Датчики глубины, используемые глубоководными дайверами, также используют технологию пьезорезистивных датчиков для получения точных показаний глубины. Эти устройства также используются в авиационных высотомерах и приборах барометрического давления.

Зависимые от давления датчики этого типа также часто используются в электронных измерительных приборах, которые используют схемы и компоненты, такие как мост Уитстона и биполярные транзисторы. Акселерометры, используемые для измерения позиционной ориентации, ускорения и сил вибрации, также используют технологию пьезорезистивных датчиков для получения их показаний. Эта технология также нашла свое применение в домашних условиях, и многие производители посудомоечных, пылесосных и стиральных машин используют их в своей продукции.