工程師為超薄電容式傳感器創(chuàng)造了新的設計

作為賓厄姆頓大學正在進行的聲學研究的一部分，紐約州立大學杰出教授Ron Miles創(chuàng)造了一種可行的傳感器，其運動阻力最小。薄而靈活的傳感器非常適合感應聲音，因為它可以隨著最柔和的噪音產(chǎn)生的氣流移動，并解決了加速度計，麥克風和許多其他類似傳感器的問題。

“目標是創(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而移動。”

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

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傳感器方面取得了進展，使麥克風具有非常平坦的頻率響應。該傳感器包含磁鐵，以便將絲綢運動轉(zhuǎn)換為電子信號。

作為使用磁鐵的替代方案，Miles開始創(chuàng)建一個電容式傳感器。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)20億個電容式麥克風，但它們既小又有效，也存在一些挑戰(zhàn)。

他的新平臺提供了一種通過在不使用磁鐵的情況下感測電場變化來檢測極薄纖維或薄膜運動的方法。

以前在極其柔軟的薄材料上使用電容式感應是不可行的，因為它們需要抵抗可能損壞它們或妨礙其運動的靜電力。

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

在這項最新的工作中，邁爾斯發(fā)現(xiàn)了一種設計，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，靜電力不會影響其運動，”邁爾斯說。

這是設計的關(guān)鍵部分，因為傳感器需要具有高偏置電壓 - 器件工作所需的電壓 - 才有效，因為傳感器的靈敏度隨著高偏置電壓而增加。

這種設計意味著電容式傳感器(如智能手機中使用的那些)可以更小，更高效。

邁爾斯表示，獨特的設計還提供了一些在各種應用中非常重要的好處。

“傳感器的設計方式現(xiàn)在意味著它具有幾乎恒定的勢能，但也可以在大運動后恢復到平衡狀態(tài)。”