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前沿信息:超敏感加速度计可以成为无人机控制的答案

发布时间:2021-04-25 07:56:16  编辑:  来源:

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加速度计无处不在。你现在可能至少有一个人。但今天的一般 加速度计 - 测量微小电容变化的MEMS器件 - 并不是非常敏感。它们的设计适合智能手表和小型物品,而小尺寸则阻碍它们感知变化的程度。佛罗里达州的工程师现在已经开始对加速度计进行新的研究,其灵敏度比典型的智能手机加速度计高出100万倍,并且它保持灵敏度高达100克车的碰撞规模。

高感光度和大动态范围的立方体是在一边只是3毫米应该让新的加速计特殊实用的东西,在三维快速移动,如该组合军用 无人机,微型机器人,并自制导炮弹小号,根据其发明人。

一般 的MEMS加速度计由可移动板和固定板组成,垂直于所测量的每个尺寸。这些板一起形成电容器。当设备加速时,可移动板朝向或远离固定板弯曲,从而改变电容。因为板不能移动很远,所以电容的变化非常小。“这就是敏感性极差的原因,” 西佛罗里达大学彭萨科拉分校副教授Ezzat G. Bakhoum说。

Bakhoum是超级电容器(也称为超级电容器)的专家。这些设备像电池一样储存比电容器更多的能量。然而,它们可以像电容器一样快速充电和放电。因此,尝试使电容式加速度计“超级”是一种自然的举动。

在这种情况下,超级电容器用高表面积材料 - 碳纳米管代替电容器板。在该材料之间是溶解在碳酸亚丙酯中的电解质 - 四乙基铵四氟硼酸盐(尽管其名称难以理解,但是现成的解决方案)。超级电容器由于更大的表面积而存储更多的能量,并且因为电荷也存储在液体的离子中。

Bakhoum和他的团队建筑了一种三维超级电容器作为加速度计。他们从一个毫米级的盒子开始,其内壁是碳纳米管涂层的不锈钢。在立方体内部,他们放置了一滴电解质。因为纳米管是疏水性的,所以它们会排斥电解质,将其塑造成一个几乎不接触立方体所有六个壁的球。

在静止时,任何一对壁上的电容基本上为零,因为电解质实际上甚至不接触纳米管。但是,任何方向的加速都会将电解质压扁,将其驱动到与加速方向相反的纳米管中,并进入相邻壁的纳米管中。这基本上形成了墙壁之间的超级电容器。Bakhoum小组发现,测量它们各自的电容可以准确测量加速度。

实验安排的照片。 接口电路和传感器(用红色箭头表示)安装在开腔IC芯片内

根据Bakhoum的说法,与每克典型电容式加速度计的飞法拉数相比,该器件的精度为每毫克75纳法。

他的团队在最新一期IEEE组件,封装和创造技术杂志上报告了其结果。

Bakhoum表示,他正在考虑将该设备商业化,与业界的利益进行讨论。但对他来说,是时候继续将其他类型的传感器变得“超级”。

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