سنسور فشار MEMS

1. سنسور فشار MEMS چیست

سنسور فشار دستگاهی است که معمولاً در صنعت استفاده می شود، معمولاً از عناصر حساس به فشار (عناصر حساس الاستیک، عناصر حساس به جابجایی) و واحدهای پردازش سیگنال تشکیل شده است، اصل کار معمولاً بر اساس تغییر مواد حساس به فشار یا فشار ناشی از تغییر شکل است. می تواند سیگنال فشار را احساس کند و می تواند سیگنال فشار را به سیگنال الکتریکی خروجی در دسترس طبق قوانین خاص تبدیل کند. برای اندازه گیری دقیق، کنترل و نظارت، با دقت بالا، مقاومت در برابر خوردگی و ساختار فشرده، مناسب برای انواع محیط های سخت.

سنسورهای فشار MEMS، نام کامل: سنسور فشار سیستم میکروالکترو مکانیکی، فناوری میکروالکترونیک پیشرفته و فناوری ریزماشینکاری دقیق را ادغام می کند. از طریق ترکیب ساختار میکرو مکانیکی و مدار الکترونیکی، تراشه ساخته شده از مواد نیمه هادی سنتی مانند ویفرهای سیلیکونی تک کریستالی به عنوان بخش اصلی برای اندازه گیری فشار با تشخیص تغییر شکل فیزیکی یا تجمع بار استفاده می شود. سپس به سیگنال های الکتریکی برای پردازش برای تحقق نظارت حساس و تبدیل دقیق تغییرات فشار تبدیل می شود. مزیت اصلی آن در طراحی کوچک سازی آن نهفته است که به سنسورهای فشار MEMS از نظر دقت، اندازه، سرعت پاسخگویی و مصرف انرژی عملکرد برتر می دهد.

2. ویژگی های سنسور فشار MEMS

سنسورهای فشار MEMS را می توان با استفاده از فناوری های مشابه مدارهای مجتمع طراحی و تولید کرد که امکان تولید انبوه با دقت بالا و کم هزینه را فراهم می کند. این راه را برای استفاده انبوه کم هزینه از حسگرهای MEMS برای محصولات الکترونیکی مصرفی و کنترل فرآیند صنعتی باز می کند و کنترل فشار را ساده، کاربر پسند و هوشمند می کند.

سنسورهای فشار مکانیکی سنتی مبتنی بر تغییر شکل الاستومرهای فلزی تحت نیرو هستند که تغییر شکل الاستیک مکانیکی را به خروجی الکتریکی تبدیل می‌کند. بنابراین، آنها نمی توانند به اندازه مدارهای مجتمع به اندازه سنسورهای فشار MEMS کوچک باشند و هزینه آنها بسیار بیشتر از سنسورهای فشار MEMS است. در مقایسه با سنسورهای مکانیکی سنتی، سنسورهای فشار MEMS اندازه کوچک‌تری دارند و حداکثر آن از یک سانتی‌متر تجاوز نمی‌کند. در مقایسه با تکنولوژی ساخت مکانیکی سنتی، مقرون به صرفه بودن آنها بسیار بهبود یافته است.

3. کاربرد سنسور فشار MEMS

صنعت خودروسازی:

حوزه خودرو یکی از کاربردهای مهم پایین دستی حسگرهای MEMS است. در زمینه خودرو، سنسورهای فشار MEMS به طور گسترده در سیستم‌های ایمنی (مانند نظارت بر فشار سیستم‌های ترمز، کنترل فشار کیسه‌های هوا و حفاظت از برخورد)، کنترل انتشار (کنترل و نظارت بر فشار گاز خروجی موتور)، نظارت بر تایر، مدیریت موتور استفاده می‌شوند. و سیستم های تعلیق به دلیل کوچک سازی، دقت بالا و قابلیت اطمینان آنها. خودروهای سطح بالا معمولا دارای صدها سنسور از جمله 30-50 سنسور MEMS هستند که حدود 10 سنسور فشار MEMS هستند. این حسگرها می توانند داده های حیاتی را برای کمک به سازندگان خودرو در بهینه سازی عملکرد موتور، بهبود بهره وری سوخت و افزایش ایمنی رانندگی ارائه دهند.

لوازم الکترونیکی مصرفی:

با توسعه برنامه هایی مانند ناوبری سه بعدی، نظارت بر حرکت و نظارت بر سلامت، استفاده از حسگرهای فشار MEMS در لوازم الکترونیکی مصرفی به طور فزاینده ای رایج می شود. سنسورهای فشار در دستگاه‌هایی مانند گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها و ساعت‌های هوشمند می‌توانند برای عملکردهایی مانند فشارسنج، ارتفاع سنج و ناوبری داخلی استفاده شوند. حسگرهای فشار موجود در دستگاه‌های پوشیدنی هوشمند همچنین می‌توانند شاخص‌های ورزش و سلامتی مانند ضربان قلب و فعالیت بدنی را کنترل کنند و داده‌های دقیق‌تری ارائه دهند. علاوه بر این، سنسورهای فشار MEMS به طور گسترده در زمینه هایی مانند هواپیماهای بدون سرنشین و مدل های هواپیما، ارائه اطلاعات ارتفاع و همکاری با سیستم های ناوبری برای دستیابی به کنترل دقیق پرواز استفاده می شود.

صنعت پزشکی:

در صنعت پزشکی، سنسورهای فشار MEMS به طور گسترده ای در دستگاه های مختلف پزشکی و سیستم های تشخیص استفاده می شود. آنها می توانند برای تشخیص فشار خون، کنترل ونتیلاتورها و ماسک ها، نظارت بر فشار داخلی و سیستم های تحویل دارو استفاده شوند. این سنسورها اندازه گیری دقیق فشار را برای کمک به کارکنان پزشکی در تشخیص و درمان فراهم می کنند.

اتوماسیون صنعتی:

در زمینه اتوماسیون صنعتی از سنسورهای فشار MEMS برای نظارت و کنترل فرآیندهای مختلف صنعتی استفاده می شود و به طور گسترده در سیستم های لوله کشی مایع و گاز، نظارت بر سطح، کنترل فشار و اندازه گیری جریان استفاده می شود. دقت و قابلیت اطمینان بالای این سنسورها برای تضمین پایداری و ایمنی فرآیندهای صنعتی ضروری است.

هوافضا:

سنسورهای فشار MEMS را می توان برای آزمایش عملکرد آیرودینامیکی هواپیما و موشک، پایش فشار در ارتفاع بالا، جمع آوری داده های هواشناسی و کنترل فشار هوای هواپیما و تجهیزات مستقر در فضا استفاده کرد. ویژگی های کوچک و سبک وزن آن، آن را برای صنعت هوافضا ایده آل می کند تا نیازهای محیطی را برآورده کند.

4. اندازه بازار سنسور فشار MEMS

به دلیل پذیرش گسترده در صنایع مختلف، اندازه بازار سنسورهای فشار MEMS به طور قابل توجهی در حال رشد است. یول پیش‌بینی می‌کند که اندازه بازار جهانی سنسور فشار MEMS از 1.684 میلیارد دلار به 2.215 میلیارد دلار در سال‌های 2019-2026 با میانگین نرخ رشد مرکب سالانه تقریباً 5 درصد افزایش خواهد یافت. محموله ها از 1.485 میلیارد واحد به 2.183 میلیارد واحد افزایش یافته است که میانگین نرخ رشد مرکب سالانه 4.9٪ است. با افزایش تقاضا برای راه حل های دقیق و قابل اعتماد سنجش فشار، انتظار می رود بازار سنسور فشار MEMS در سال های آینده به طور قابل توجهی گسترش یابد و فرصت های زیادی را برای تولید کنندگان و تامین کنندگان در این زمینه فراهم کند.