Mikä on pietsoresistiivinen anturi?

Pietsoresistiivinen anturi on laite, joka hyödyntää tiettyjen puolijohdemateriaalien resistanssin muutoksia, kun ne altistuvat mekaaniselle rasitukselle sähköisen toiminnan aikaansaamiseksi. Tämä pietsoresistiivinen ilmiö perustuu näille materiaaleille taipumukselle muuttua piilevissä resistiivisissä ominaisuuksissaan taipuessaan paineen tai jännityksen vaikutuksesta. Tämä aiheuttaa vastaavan muutoksen laitteen läpi kulkevassa sähkövirrassa, joka muuttuu mittaukseksi tai lukemaksi. Puolijohdemateriaalit, joita käytetään yleisesti pietsoresistiivisissä laitteissa, ovat yleensä samat perusmetalli- ja silikoniperheet, joita käytetään useimmissa elektronisissa komponenteissa. Näistä komponenteista on saatavana laaja valikoima herkkyysominaisuuksia eri toimialojen tarpeisiin.

Kun tietyt puolijohdemateriaalit altistuvat mekaaniselle rasitukselle, niiden vastus tai peruskyky vastustaa sähkövirtaa muuttuu. Tämä materiaalin resistiivisen luonteen muutos muuttaa ilmeisesti sen ominaisresistanssiarvoa. Tämä johtaa laitteen läpi kulkevan virran nousuun tai laskuun, jota käytetään sitten osoittamaan tai mittaamaan siihen liittyvä jännitys. Pietsoresistiivinen vaikutus hyödynnetään luomaan erilaisia ​​taipumalle herkkiä puolijohdelaitteita, joita käytetään jännityksen aiheuttavien voimien, kuten kiihtyvyyden ja paineen, tallentamiseen ja mittaamiseen.

Tällainen anturi on tyypillisesti valmistettu puolijohdesubstraateista, kuten germaniumista, monikiteisestä silikonista, amorfisesta silikonista ja yksikiteisestä silikonista. Tyypillinen anturi koostuu paineherkästä puolijohdekalvosta, johon on liitetty useita n+ ja p+ -koskettimia. Sähkövirta johdetaan kiekon läpi sen vastuksesta riippuen. Tämä virransiirto ja siitä johtuva lukema vaihtelee komponentin vastusmuutosten mukaan, kun kalvo on alttiina paineelle. Nämä anturit vaihtelevat monimutkaisuudesta yksinkertaisista pietsovastuksista, joilla on rajallinen alue ja lämpötilan vakaus, erittäin vakaisiin ja tarkkoihin pietsofet-järjestelmiin.

Pietsoresistiivistä anturia käytetään monenlaisissa sovelluksissa, joihin kuuluu mekaanisen rasituksen mittaus. Autoteollisuus käyttää niitä tyhjiö- ja paineanturina tai ilmaisemaan öljyn ja kaasun tasot. Niitä käytetään myös lääketieteen alalla laitteissa, kuten verenpaineen mittauslaitteissa. Syvänmeren sukeltajien käyttämät syvyysmittarit käyttävät myös pietsoresistiivistä anturitekniikkaa tarkkojen syvyyslukemien tuottamiseksi. Näitä laitteita käytetään myös lentokoneiden korkeusmittarissa ja ilmanpainelaitteissa.

Tämän tyyppisiä paineesta riippuvia antureita käytetään usein myös elektronisissa mittauslaitteissa, jotka käyttävät piirejä ja komponentteja, kuten Wheatstonen silta ja bipolaariset transistorit. Kiihtyvyysmittarit, joita käytetään mittaamaan asennon suuntautumista, kiihtyvyyttä ja tärinävoimia, käyttävät myös pietsoresistiivistä anturitekniikkaa lukemiensa tuottamiseen. Tämä tekniikka on myös löytänyt tiensä kotitalousympäristöön, jossa monet astianpesukoneet, pölynimurit ja pesukonevalmistajat käyttävät niitä tuotteissaan.