MEMS技術(shù)類似于半導(dǎo)體技術(shù),但是它用于傳感器和微型機(jī)械組件,而不是電子芯片。MEMS技術(shù)的眾所周知的應(yīng)用是安全氣囊傳感器,噴墨頭,壓力傳感器,麥克風(fēng),指南針,加速度計(jì),陀螺儀和時(shí)基振蕩器。例如,智能手機(jī)包含許多MEMS組件,并且熱流量傳感器已廣泛用于空調(diào)系統(tǒng)中。
MEMS芯片由晶圓制成。晶圓是由硅或玻璃制成的極其扁平的圓盤。典型的晶片的厚度為0.5毫米,直徑為6英寸。MEMS技術(shù)就是在某些區(qū)域添加層并刪除這些層。所施加的層可以是非常高質(zhì)量和堅(jiān)固的材料。氮化硅就是這種材料的一個(gè)例子,它是通過低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)施加的,并且在800C左右的溫度下進(jìn)行。
光刻用于定義需要去除的區(qū)域。在光刻中,光致抗蝕劑層沉積在晶片的表面上。光致抗蝕劑通過在其表面上照射光而發(fā)生化學(xué)變化,并在顯影液中有選擇地除去。
科里奧利傳感器的優(yōu)點(diǎn)
大多數(shù)MEMS流量傳感器都基于熱測量原理。已經(jīng)證明,這種傳感器能夠以每分鐘幾納升的速度測量液體流量。這些傳感器的優(yōu)點(diǎn)是它們快速且非常穩(wěn)定。缺點(diǎn)是需要針對每種特定的流體進(jìn)行校準(zhǔn)。
科里奧利類型的流量傳感器,即包含振動(dòng)管的流量傳感器不存在這個(gè)問題,在該振動(dòng)管中,質(zhì)量流受到科里奧利力的作用。由于科里奧利流量傳感器測量的是真實(shí)質(zhì)量流量,因此科里奧利力與質(zhì)量流量成正比,并且不受溫度,壓力,流量分布和流體特性的影響。
科里奧利流量計(jì)主要用于測量大流量(每小時(shí)大于1千克),因?yàn)橄鄬^弱的科里奧利力相應(yīng)地更難檢測小流量。為了獲得足夠的靈敏度來測量每小時(shí)2克以下的超低流量,需要將傳感器尺寸和管壁厚度最小化到極限,這是常規(guī)的不銹鋼加工所無法實(shí)現(xiàn)的。
MEMS技術(shù)在這里發(fā)揮了作用。我們與特溫特大學(xué)密切合作開發(fā)的一種稱為表面通道技術(shù)的工藝可以制造具有1微米薄的氮化硅壁的管。材料的選擇使這些管即使在極薄的壁厚下也具有機(jī)械穩(wěn)定性。
MEMS科里奧利傳感器的工作原理
在下圖中,說明了基于MEMS的科里奧利傳感器的工作原理。演示模型中內(nèi)置的傳感器基于此技術(shù)。該演示模型可以測量和控制每小時(shí)0.01克至2克的氣體和液體流量。作為MEMS技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)勢,儀器內(nèi)部的科里奧利管的尺寸非常小,以至于管的共振頻率在kHz范圍內(nèi)。與傳統(tǒng)的不銹鋼科里奧利儀器相比,這降低了對外部振動(dòng)的敏感性。
科里奧利流量傳感器管。洛倫茲(Lorentz)致動(dòng)使電子管產(chǎn)生共振。科里奧利力Fc是通過管的質(zhì)量流量Φm的結(jié)果