工程師為超薄電容式傳感器創(chuàng)造了新的設(shè)計(jì)

作為賓厄姆頓大學(xué)正在進(jìn)行的聲學(xué)研究的一部分，紐約州立大學(xué)杰出教授Ron Miles創(chuàng)造了一種可行的傳感器，其運(yùn)動(dòng)阻力最小。薄而靈活的傳感器非常適合感應(yīng)聲音，因?yàn)樗梢噪S著最柔和的噪音產(chǎn)生的氣流移動(dòng)，并解決了加速度計(jì)，麥克風(fēng)和許多其他類似傳感器的問題。

“目標(biāo)是創(chuàng)造一種只能抵抗重力的傳感器，”邁爾斯說。“傳感器需要保持與設(shè)備的連接，但除此之外，我希望它能夠隨著最輕微的聲音或空氣的移動(dòng)而移動(dòng)。”

能夠隨著空氣移動(dòng)是傳感器能夠分辨聲音何時(shí)出現(xiàn)以及聲音來自哪個(gè)方向。

邁爾斯在2017年通過使用蘸有黃金的蜘蛛絲作為薄而靈活的傳感器在聲學(xué)傳感器方面取得了進(jìn)展，使麥克風(fēng)具有非常平坦的頻率響應(yīng)。該傳感器包含磁鐵，以便將絲綢運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)。

作為使用磁鐵的替代方案，Miles開始創(chuàng)建一個(gè)電容式傳感器。電容傳感器不需要磁鐵，而是需要通過電極向其添加電壓。

每年生產(chǎn)20億個(gè)電容式麥克風(fēng)，但它們既小又有效，也存在一些挑戰(zhàn)。

他的新平臺(tái)提供了一種通過在不使用磁鐵的情況下感測(cè)電場變化來檢測(cè)極薄纖維或薄膜運(yùn)動(dòng)的方法。

以前在極其柔軟的薄材料上使用電容式感應(yīng)是不可行的，因?yàn)樗鼈冃枰挚箍赡軗p壞它們或妨礙其運(yùn)動(dòng)的靜電力。

“研究人員希望傳感器能夠以很小的力量從聲音中移動(dòng)，而不受靜電力的影響，”邁爾斯說。

在這項(xiàng)最新的工作中，邁爾斯發(fā)現(xiàn)了一種設(shè)計(jì)，它允許薄而靈活的傳感器 - 可以是蜘蛛絲或任何其他材料，就像在兩個(gè)固定電極上方一樣薄。

“由于傳感器與電極呈90度角，靜電力不會(huì)影響其運(yùn)動(dòng)，”邁爾斯說。

這是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，因?yàn)閭鞲衅餍枰哂懈咂秒妷?- 器件工作所需的電壓 - 才有效，因?yàn)閭鞲衅鞯撵`敏度隨著高偏置電壓而增加。

這種設(shè)計(jì)意味著電容式傳感器(如智能手機(jī)中使用的那些)可以更小，更高效。

邁爾斯表示，獨(dú)特的設(shè)計(jì)還提供了一些在各種應(yīng)用中非常重要的好處。

“傳感器的設(shè)計(jì)方式現(xiàn)在意味著它具有幾乎恒定的勢(shì)能，但也可以在大運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)到平衡狀態(tài)。”