Hitachi Ltd. heeft vandaag de ontwikkeling aangekondigd van een hooggevoelige MEMS-versnellingsmeter met laag vermogen die extreem zwakke grond en trillingen van gebouwen kan detecteren door geavanceerde MEMS-technologie te combineren met circuittechnologie. De sensor bereikt een vergelijkbare gevoeligheid als sensoren voor olie- en gasexploratie (geluidsniveau 30ng/√Hz) met minder dan de helft van het stroomverbruik (20mW). Hitachi is van plan deze sensor in verschillende toepassingen toe te passen, waaronder de volgende generatie olie- en gasexploratie, en infrastructuurbewaking, bijdragen aan het realiseren van een comfortabele, veilige en veilige samenleving.

De vooruitgang van de afgelopen jaren in de fusie van OT (Operationele Technologie) en IT (Informatietechnologie) heeft geleid tot een toenemende verwachting van hoogwaardige sensoren, die een belangrijk onderdeel vormen. Bijvoorbeeld, in olie- en gasexploratie, Er zijn sensoren nodig met drie orden van grootte hogere gevoeligheid dan sensoren in auto's, omdat ze extreem zwakke ondergrondse reflectiegolven moeten kunnen detecteren die het gevolg zijn van toegepaste kunstmatige aardbevingen. Ook, het stroomverbruik van deze apparaten moet drastisch worden verminderd om de haalbaarheid te vergroten, aangezien use-cases zoals de verkenning van hulpbronnen van de volgende generatie wellicht sensoren in de orde van grootte van een miljoen op locaties moeten inzetten, of kan een batterijlevensduur van vele jaren vergen, zoals bij infrastructuurmonitoring voor bruggen en gebouwen. In conventionele MEMS-versnellingsmeters, echter, het was moeilijk om tegelijkertijd een hoge gevoeligheid en een laag stroomverbruik te bereiken, aangezien het stroomverbruik evenredig toeneemt met het kwadraat van de vermindering van ruis.

Om deze uitdaging te overwinnen, Hitachi heeft een hooggevoelige MEMS-versnellingsmeter met laag vermogen ontwikkeld door een geavanceerde combinatie van MEMS- en circuittechnologieën te convergeren. Kenmerken van de ontwikkelde technologieën zijn als volgt.

Geluidsarme MEMS met een bewegende massa met unieke perforaties

MEMS-versnellingsmeters bestaan ​​uit een bewegende massa die wordt opgehangen door zwakke veren en circuits om beweging te detecteren en te regelen. De circuits detecteren de beweging van de massa die wordt gegenereerd door de trilling of de versnelling als elektrische ladingssignalen, en controleer de massa op basis van het signaal om het in een gebalanceerde positie te houden, echter, het geluid dat wordt veroorzaakt door de luchtmoleculen die botsen met het oppervlak van de bewegende massa, resulteert in een verminderde gevoeligheid. Bij deze ontwikkeling is unieke perforaties met verschillende ingangs-/uitgangsdiameters op basis van vloeistofdynamica-analyse werden gemaakt op de bewegende massa, bestaande uit een SOI-substraat, wat resulteert in een halvering van botsingen tussen luchtmoleculen.

Laagvermogencircuit door parallelle bediening van besturing en detectie

In conventionele MEMS-versnellingsmeters, een gemeenschappelijke elektrode wordt gebruikt bij het afwisselend schakelen tussen besturings- en detectiebewerkingen. Deze methode verbruikt veel stroom omdat er een hoge stuurspanning nodig is om tussen bewerkingen te schakelen vanwege de korte duur van de regelperiode. In de voorgestelde sensor, onafhankelijke elektroden zijn voorzien voor controle en detectie, en daarom kunnen controle- en detectiehandelingen gelijktijdig worden uitgevoerd, en de hoge spanning die nodig is om de besturing voor te bereiden, kan worden geëlimineerd, wat resulteert in een verlaging van 40 procent van de stuurspanning die nodig is voor de besturingsactiviteiten.

Bij het evalueren van de ontwikkelde technologie, bleek dat de gevoeligheid (geluidsniveau 30 ng/√Hz of minder) die nodig is voor sensoren die worden gebruikt bij olie- en gasexploratie, gerealiseerd kunnen worden met een stroomverbruik van 20mW, wat ongeveer de helft is van de conventionele niveaus. Als resultaat, het zal mogelijk zijn om MEMS-versnellingsmeters toe te passen in situaties die een groot aantal zeer gevoelige sensoren met laag vermogen vereisen, zoals het detecteren van extreem zwakke grond of trillingen van gebouwen.

Hitachi is van plan deze sensor in verschillende toepassingen toe te passen, waaronder de volgende generatie olie- en gasexploratie, en infrastructuurbewaking, bijdragen aan het realiseren van een comfortabele, veilige en veilige samenleving.