电容感应技术:绝对压力测量的新可能

一向以其加速度传感器(accelerometer)闻名的VTI Technologies公司现在将扩展至绝对压力测量领域,VTI的电容测量技术使其能在多种不同的应用中进行绝对压力的测量,特别是针对强调小体积和低功耗的应用市场。

自1991年起,在硅电容运动传感器(silicon capacitive motion sensors)的设计和生产领域中, VTI Technologies已是世界的领导者。该公司以其高质量3D MEMS加速传感器而闻名,特别是在汽车产业中。现在,VTI正将其在电容感应技术的专业延伸至绝对压力测量——这是一个与该公司现有产品相辅相成的新领域。

“我们发现我们的加速传感器的客户,就算不是大部分,也有许多,他们所推出的应用也都需要绝对压力的测量,而我们的电容技术正可以符合他们此方面的需求,”VTI Technologies的事业发展经理Ulf Meriheinä如此表示。

此绝对压力传感器根植于已通过验证的3D MEMS技术,此技术已造就VTI成为加速度传感器的市场领导者。

健康和安全
低功耗绝对压力测量可被广泛使用于各种应用中,宽广的范围包括卫生保健、徒步旅行和车辆。VTI锁定的两个主要领域是健康和安全。在这些已普遍使用绝对压力传感器的领域中——气压计和高度计——VTI正以其解决方案开创新局。

对于个人而言,最需要关切的就是健康,绝对压力传感器能被用来测量人体的各种压力,例如血压或脑压。

“测量的结果可以控制心脏节律器等此类装置,或是,在未来可以有助于在精确的时间点释出正确剂量的血压药物,”Meriheinä提出这样的可能性。

与健康关系密切的绝对压力传感器能激励我们更有效率地运动,或是在运动时保持安全。足够精确的高度计读数可被转换为有关体力消耗和训练效能的信息。对于一个潜水者而言,知道正确的深度是非常重要的;对一位登山者而言,能通过察觉气压的突然变化而警觉天候的变化也是同样重要的。

甚至是在汽车方面,绝对压力和安全的关系是相当密切的,正确的胎压可以减少打滑 ,以及过度或是失去控制的风险。再者,过低的胎压会明显增加煞车距离:在道路湿滑的条件下,使用ABS煞车,若速度为100 km/h,则胎压每减少50%,则煞车距离就必需增加10米。正确的胎压也能延长轮胎的寿命。太低的车压还会增加燃油的消耗,每0.6 bar.约4%。

其它的应用领域还包括水槽的测量、工序测量和测量仪表等。

电容技术:效能及耐久性
不同的应用领域为绝对压力测量带来了不同的挑战,轮胎上的传感器必需忍受高低温、湿度、非常高的加速、化学物质和持续的震动。在户外训练时,仪器可能会被摔落或是浸在水中。在卫生保健方面,对于耐久性的需求则是绝对必要的。

“在我们锁定的所有应用领域中,有一共同的需求,亦即传感器的体积要小、功耗要低。我们的传感器体积极小,且需要的电力很少。除此之外,它们非常精准、稳定和可靠。

此感应组件是由单晶硅制成,为几近完美的弹性材料。3D架构被蚀刻为单硅晶圆;利用压力弯曲硅晶薄膜,则电容两极距离会有所改变,传感器的电容也会改变。低电容和高电容随着压力而改变,让感应组件能具有很高的精确度和解读性。

硅在本质上就是非常稳定的材料。例如,温度对于VTI的绝对压力传感器的影响可说是微乎其微。由于这样的材料和内部结构,此传感器几乎不为被震动所影响,此外,此传感器还能忍受高压。

它本身的电容测量所需的电力极少,而且此传感器不需要模拟数字转换,所以此传感器可以用一颗电池驱动,甚至是用不到一颗电池。对于心脏调节器或是轮胎此类用电必需维持在最低限度的应用而言,低功耗是非常重要的。

在大部分的绝对压力测量领域中,尺寸是非常关键的。当一个绝对压力测量仪器被放进运动器材,例如腕表中,则轻薄短小就是首当其冲的考虑。VTI的绝对压力感应组件的体积仅有1.4 × 1.4 ×1.25毫米。

成长中的市场
绝对压力测量的市场正在成长中,而且VTI相信其电容传感器的优点及可能性将领先此一趋势。由于目前所使用的压阻测量的局限性,并不会发生在电容测量上,因此甚至可能出现前所未见的全新用途。

“休闲活动的重要性、对于健康和保养的关注,以及老年人口的增加,使得健康领域成为绝对压力测量最具成长潜力的市场,”Meriheinä强调说。
(本文由VTI公司提供)
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