Что такое пьезорезистивный датчик?

Пьезорезистивный датчик — это устройство, которое использует изменения удельного сопротивления некоторых полупроводниковых материалов, когда они подвергаются механическому воздействию, чтобы вызвать электронное действие. Этот пьезорезистивный феномен основан на склонности этих материалов к изменению своих скрытых резистивных характеристик при изгибании под воздействием давления или напряжения. Это вызывает соответствующее изменение любого электрического тока, проходящего через устройство, что преобразуется в измерение или считывание. Полупроводниковые материалы, обычно используемые в пьезорезистивных устройствах, как правило, представляют собой те же основные семейства металлов и силиконов, которые используются в большинстве электронных компонентов. Эти компоненты доступны с широким диапазоном характеристик чувствительности для удовлетворения требований различных отраслей промышленности.

Когда определенные полупроводниковые материалы подвергаются механическому воздействию, их удельное сопротивление или основная способность противостоять протеканию электрического тока изменяется. Это изменение резистивного характера материала, очевидно, меняет величину его удельного сопротивления. Это приводит к увеличению или уменьшению любого тока, проходящего через устройство, которое затем используется для индикации или измерения напряжения. Пьезорезистивный эффект используется для создания ряда чувствительных к отклонению полупроводниковых устройств, используемых для записи и измерения сил, вызывающих напряжение, таких как ускорение и давление.

Этот тип датчика обычно изготавливается из полупроводниковых подложек, таких как германий, поликристаллический силикон, аморфный силикон и монокристаллический силикон. Типичный датчик состоит из чувствительной к давлению полупроводниковой диафрагмы с несколькими прикрепленными к ней контактами n+ и p+. Электрический ток проходит через пластину со скоростью, зависящей от ее сопротивления. Эта передача тока и результирующие показания различаются в зависимости от изменений сопротивления в компоненте, когда мембрана подвергается воздействию давления. Эти датчики варьируются по сложности от простых пьезорезисторов с ограниченным диапазоном и температурной стабильностью до очень стабильных и точных пьезо-полевых транзисторов.

Пьезорезистивный датчик используется в самых разных приложениях, связанных с измерением механических напряжений. В автомобильной промышленности они используются в качестве датчиков вакуума и давления или для индикации уровня масла и газа. Они также используются в медицине в таких устройствах, как оборудование для измерения артериального давления. Глубиномеры, используемые глубоководными дайверами, также используют технологию пьезорезистивных датчиков для получения точных показаний глубины. Эти устройства также используются в авиационных высотомерах и барометрических приборах.

Датчики этого типа, зависящие от давления, также часто используются в электронных измерительных приборах, в которых используются схемы и компоненты, такие как мост Уитстона и биполярные транзисторы. Акселерометры, используемые для измерения позиционной ориентации, ускорения и силы вибрации, также используют технологию пьезорезистивных датчиков для получения своих показаний. Эта технология также нашла применение в быту:многие производители посудомоечных машин, пылесосов и стиральных машин используют ее в своих продуктах.