Ingeniører skaber nyt design til ultratynde kapacitive sensorer

Som en del af igangværende akustisk forskning ved Binghamton University, State University i New York Den ærede professor Ron Miles har skabt en brugbar sensor med mindst mulig modstand mod bevægelse. Den tynde og fleksible sensor er ideel til at registrere lyde, fordi den kan bevæge sig med luftstrømmen lavet af selv de blødeste lyde og løser problemer med accelerometre, mikrofoner og mange andre lignende sensorer.

"Målet var at skabe en sensor, der kun modstår tyngdekraften, " sagde Miles. "Sensoren skulle forblive forbundet til enheden, men bortset fra det, Jeg ønskede, at den skulle bevæge sig med selv de mindste lyde eller bevægelse af luften."

At kunne bevæge sig med luften er, hvordan sensorer er i stand til at fortælle, hvornår en lyd er til stede, og hvilken retning den kommer fra.

Miles gjorde fremskridt med akustiske sensorer i 2017 ved at bruge edderkoppesilke dyppet i guld som en tynd, fleksibel sensor til at lave en mikrofon med bemærkelsesværdig flad frekvensgang. Denne sensor inkorporerede en magnet for at konvertere silkebevægelsen til et elektronisk signal.

Som et alternativ til at bruge en magnet, Miles satte sig for at skabe en kapacitiv sensor. I stedet for at have brug for en magnet, en kapacitiv sensor kræver en spænding tilføjet til den via elektroder.

To milliarder kapacitive mikrofoner produceres hvert år, men at gøre dem både små og effektive byder på nogle udfordringer.

Hans nye platform giver mulighed for at registrere bevægelsen af ​​ekstremt tynde fibre eller film ved at registrere ændringer i et elektrisk felt uden brug af en magnet.

Det har ikke tidligere været muligt at bruge kapacitiv sensing på ekstremt fleksible, tynde materialer, fordi de har haft brug for at modstå elektrostatiske kræfter, der enten kan beskadige dem eller hæmme deres bevægelse.

"Forskere vil have sensoren til at bevæge sig med små kræfter fra lyd, uden at blive påvirket af de elektrostatiske kræfter, " sagde Miles.

I dette seneste værk, Miles har fundet et design, der tillader de tynde, fleksibel sensor - som kunne være edderkoppesilke eller et hvilket som helst andet materiale lige så tyndt - til at svinge over to faste elektroder.

"Fordi sensoren er i en 90-graders vinkel fra elektroderne, de elektrostatiske kræfter påvirker ikke dens bevægelse, " sagde Miles.

Dette er en kritisk del af designet, fordi sensorerne skal have en høj forspænding - den spænding, der kræves for at en enhed kan fungere - for at være effektiv, da sensorens følsomhed stiger med en høj forspænding.

Dette design betyder, at kapacitive sensorer, som dem der bruges i smartphones, kan være både mindre og mere effektiv.

Miles sagde, at det unikke design også giver et par andre fordele, der er vigtige i forskellige applikationer.

"Den måde, sensoren er designet på nu, betyder, at den har en næsten konstant potentiel energi, men kan også vende tilbage til sin ligevægt efter store bevægelser."