Vad är en piezoresistiv sensor?
En piezoresistiv sensor är en anordning som använder förändringar i resistiviteten hos vissa halvledarmaterial när de utsätts för mekanisk påfrestning för att åstadkomma en elektronisk handling. Detta piezoresistiva fenomen är baserat på dessa materialstendenser att genomgå förändringar i deras latenta resistiva egenskaper när de böjs av exponering för tryck eller spänning. Detta orsakar en motsvarande förändring i alla elektriska strömmar som passerar genom enheten som översätts till en mätning eller avläsning. Halvledarmaterial som vanligtvis används i piezoresistiva enheter är vanligtvis samma grundläggande metall- och silikonfamiljer som används i de flesta elektroniska komponenter. Dessa komponenter finns med ett brett utbud av känslighetsegenskaper för att passa de olika branschernas krav.
När vissa halvledarmaterial utsätts för mekanisk spänning förändras deras resistivitet eller grundläggande förmåga att motverka elektrisk strömflöde. Denna förändring i materialets resistiva karaktär ändrar uppenbarligen dess specifika resistansvärde. Detta resulterar i en ökning eller minskning av någon ström som passerar genom anordningen som sedan används för att indikera eller mäta den involverade spänningen. Den piezoresistiva effekten utnyttjas för att skapa en rad avböjningskänsliga halvledaranordningar som används för att registrera och mäta spänningsinducerande krafter som acceleration och tryck.
Denna typ av sensor är typiskt konstruerad av halvledarsubstrat såsom germanium, polykristallin silikon, amorf silikon och enkelkristallsilikon. En typisk sensor består av en tryckkänslig halvledarmembran med flera n + och p + kontakter anslutna till den. Elektrisk ström leds genom skivan med en hastighet beroende på dess motstånd. Denna strömöverföring och resulterande avläsning skiljer sig beroende på motståndsförändringarna i komponenten när membranet utsätts för tryck. Dessa sensorer varierar i komplexitet från enkla piezoresistorer med begränsat intervall och temperaturstabilitet till mycket stabila och exakta Piezo-FET.
Den piezoresistiva sensorn används i en mängd olika tillämpningar som involverar mekanisk spänningsmätning. Bilindustrin använder dem som vakuum- och trycksensorer eller för att ge indikation på olje- och gasnivåer. De används också inom det medicinska området i apparater som mätutrustning för blodtryck. Djupmätare som används av djuphavsdykare använder också piezoresistiv sensorteknologi för att producera noggranna djupavläsningar. Dessa enheter används också i flygplanshöjdmätare och barometriska tryckinstrument.
Tryckberoende sensorer av denna typ används också ofta i elektroniska mätinstrument som använder kretsar och komponenter såsom Wheatstone Bridge och bipolära transistorer. Accelerometrar som används för att mäta positionsorientering, acceleration och vibrationskrafter använder också piezoresistiv sensorteknologi för att producera sina avläsningar. Denna teknik har också hittat sin väg in i den inhemska miljön med många diskmaskiner, dammsugare och tvättmaskinstillverkare som använder dem i sina produkter.