制造微传感器的新方法可能会彻底改变电子产品的未来

Shahrzad（Sherry）Towfighian是宾厄姆顿大学，纽约州立大学的机械工程副教授。图片来源：宾厄姆顿大学，纽约州立大学

纽约州立大学宾厄姆顿大学的研究人员找到了一种改善微型传感器性能的方法，该方法可能会对我们每天使用的电子设备产生广泛的影响。

该研究找到了一种更可靠的方式来使用执行器来控制MEMS（微机电系统），MEMS是具有运动部件的微观设备，其运动方式通常与电子产品相同。

Binghamton团队发现，结合使用两种静电致动方法（平行板致动器和悬浮致动器），可以实现可预测的线性度，而这两个系统都不是自己提供的。

这项研究由国家科学基金会（National Science Foundation）的一项主要由博士生资助的基金资助。学生Mark Pallay在首席研究员Shahrzad（Sherry）Towfighian和共同首席研究员Ronald N. Miles的监督下分别担任机械工程副教授和杰出教授。

团队的发现对于麦克风制造而言可能是革命性的，因为采用这种设计，信号可以增强得足够高，从而电子设备的背景噪声不再成为问题。每年全球制造超过20亿个麦克风，而且随着越来越多的具有声音交互功能的设备，这一数字正在增长。

迈尔斯说：“电子噪音真的很难消除。” “您会在后台听到这种嘶嘶声。当您制造非常小的麦克风时（这是我们想要做的），噪声问题越来越大。这是一个越来越大的挑战。这是避免这种情况并获得成功的一条途径。噪音降低了。”

对MEMS进行了广泛研究的Towfighian解释说，微型设备中的致动器通常只是两块板，两者之间有缝隙。这些板关闭，并且设备在接收到一定电压时会激活。

很难微调这种致动器，但是在板的侧面添加两个电极会产生悬浮效应，同时将它们推开，从而可以更好地控制设备。

她说：“将两个系统结合起来，我们可以消除非线性。” “如果给它一些电压，它就会保持一定的距离，并在很大的运动范围内保持该电压。”

迈尔斯说，可预测性在为麦克风制造执行器时至关重要，这是他最近研究的重点。

他说：“在传感器中，如果移动一个单位，并且输出电压增加一个单位，或者随您的比例成比例增加，则寿命将大大简化。” “在执行器中，您试图推动物体，因此，如果给它施加两倍的电压，则希望它的作用距离是两倍，而不是四倍。

“这就像你有一个尺子，它的长度在向上移动时，英寸会有所变化。对于电容式传感器，在向上移动时，灵敏度和输出会产生这些奇怪的变化。这令人非常头疼。”

当宾厄姆顿大学的研究人员开始研究时，他们并不知道将这两种想法结合起来会产生令人满意的结果。

迈尔斯说：“魔术（愚蠢的运气）是非线性相互抵消了。” “它们的方向往往相反。我们能够证明，在很大的范围内，它们是线性的。

“通过同时具有这两种电极配置，它可以为您提供更多的旋转旋钮，并且可以向不同的电极施加电压来进行更多的调整。使用简单的平行板，它们之间只有一个电压，并且没有太大的设计自由度这样，就可以有更多的电极，您可以更好地控制设计。”

除了制造麦克风的可能性（使它们更小，更好，更便宜）之外，Towfighian还了解了如何在她的研究领域中使用新的执行器设计，其中包括陀螺仪，加速度计，压力传感器和其他类型的开关。

她说：“我们从基本的角度展示了这个概念，但是它具有广泛的应用范围。” “它可以改善许多设备的功能，因此影响可能很大。”

这项名为“合并平行板和悬浮执行器以实现静电MEMS的线性和可调谐性”的研究发表在 《应用物理杂志》上。

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