Små "hår" av polymeren SU-8 appliceras på en flexibel, rörlig yta, vars kapacitans ändras med varje rörelse.
Ett "konstgjort crickethår" som används som en känslig flödessensor har svårt att upptäcka svaga, lågfrekventa signaler – de tenderar att överröstas av brus. Men nu, lite smart pysslande med flexibiliteten i det lilla hårets stöd har gjort det möjligt att öka signal-brusförhållandet med en faktor 25. Det betyder att svaga flöden nu kan mätas. Forskare vid MESA+ Institute for Nanotechnology har presenterat detaljer om denna teknik i New Journal of Physics .
Dessa små hår, som tillverkas med hjälp av mikroteknologiska tekniker, är snyggt arrangerade i rader och efterliknar de extremt känsliga kroppshår som syrsor använder för att upptäcka rovdjur. När ett hårstrå rör sig, den elektriska kapacitansen vid dess bas ändras, gör rörelsen mätbar. Om det finns en hel rad hårstrån, då kan denna effekt användas för att mäta flödesmönster. På samma sätt, förändringar i luftflödet talar om för syrsor att de är på väg att bli attackerade.
Mekanisk AM-radio
När det gäller lågfrekventa signaler, bullret som är inneboende i själva mätsystemet tenderar att kasta en skiftnyckel i arbetet genom att överrösta just de signaler som systemet är designat för att mäta. En mycket tilltalande idé är att "flytta" dessa signaler till högfrekvensområdet, där buller är en mycket mindre betydande faktor. MESA+-forskarna uppnår detta genom att periodvis ändra hårstrånas fjäderhastighet. De gör det genom att applicera en elektrisk spänning.
Denna justering får även hårstråna att vibrera med hög frekvens. Detta liknar tekniken som används i gamla AM-radioapparater, där musiksignalen är kodad på en högre frekvensvåg. När det gäller sensorn, dess "radio" är en mekanisk anordning. Lågfrekventa flöden mäts av små hårstrån som vibrerar med en högre frekvens. Signalen kan sedan hämtas, med betydligt mindre ljud. Plötsligt, en tidigare omätbar signal framträder, tack vare denna "uppkonvertering".
Den ursprungliga signalen (överst), signalen vid en sensor som vibrerar med en högre frekvens (mitten), och den rekonstruerade signalen (nederst).
Denna elektromekaniska amplitudmodulering (EMAM) utökar hårsensorernas användningsområde enormt. Nu när signal-brusförhållandet har förbättrats med en faktor 25, det går att mäta mycket svagare signaler. Enligt forskarna, denna teknik kan vara ett mycket användbart sätt att öka prestandan hos många andra typer av sensorer.
Studien genomfördes av Transducers Science and Technology-gruppen, som är en del av MESA+ Institute for Nanotechnology vid University of Twente. Det genomförs inom ramen för BioEARS (Prof. Gijs Krijnens VICI-projekt), med finansiering från STW Technology Foundation.
Artikeln av Harmen Droogendijk, Remco Sanders och Gijs Krijnen, med titeln "Att avslöja signaler från mätbrus genom elektromekanisk amplitudmodulering" har publicerats i New Journal of Physics , en dagbok med öppen tillgång.
