Создан сверхтонкий ёмкостный сенсор нового типа
В ходе проводимого в Университете штата Нью-Йорк в Бингемтоне исследования в области акустики, профессор Университета штата Нью-Йорк Рон Майлс создал датчик с наименьшим возможным сопротивлением движению. Этот тонкий и гибкий сенсор идеален для детектирования звуков, поскольку он способен двигаться под самым слабым их воздействием, и решает проблемы, связанные с акселерометрами, микрофонами и другими подобными детекторами.
«Нашей целью было создание датчика, которые не реагирует только на гравитацию, — говорит Майлс. — Сенсор должен оставаться подключенным к прибору, но при всём прочем он должен перемещаться со слабейшим звуком или движением воздуха».
Способность двигаться вместе с воздухом позволяет сенсору сообщать о наличии звука и о направлении, с которого он приходит.
Майлс добился успеха с акустическими датчиками в 2017 году, используя покрытую золотом паутину как тонкий, гибкий сенсор при создании микрофона с чрезвычайно плоской частотной характеристикой. В датчике имелся магнит для преобразования движения нити паутины в электрический сигнал.
В качестве альтернативы магниту Майлс разработал ёмкостный сенсор, которому вместо магнита требуется приложенное напряжение.
Ежегодно производятся два миллиарда ёмкостных микрофонов, но сделать маленький и эффективный ёмкостный микрофон не так просто.
Новая платформа способна детектировать движение чрезвычайно тонких волокон или плёнок, реагируя на изменения в электрическом поле без использования магнита.
Ранее не получалось создать ёмкостный сенсор на основе очень гибких, тонких материалов, потому что они должны быть способны сопротивляться электростатическим силам, которые могут разрушить датчик или помешать его движению.
«Мы хотим, чтобы сенсор двигался слабым усилием звука, при этом игнорируя воздействие сил электростатики», — говорит Майлс.
В своей последней работе Майлс обнаружил конструкцию, позволяющую тонкому, гибкому сенсору — например, паутине — двигаться над двумя фиксированными электродами.
«Поскольку сенсор расположен перпендикулярно электродам, электростатические силы не влияют на его движение», — говорит Майлс.
Это обстоятельство является критическим, так как сенсору необходимо высокое напряжение смещения, и его чувствительность повышается с ростом этого напряжения.
Таки образом, ёмкостные микрофоны, используемые, например, в смартфонах, можно сделать более миниатюрными и эффективными.
Также, по словам Майлса, уникальная конструкция предоставляет и другие преимущества, важные в разных приложениях. «Эта конструкция сенсора имеет почти постоянную потенциальную энергию, и способна возвращаться в равновесия после больших смещений».
