5.3 ไมโครเซ็นเซอร์

       เนื่องจากไมโครเซ็นเซอร์ ไม่ได้ทำหน้าที่ส่งกำลังงาน การปรับขนาดของแรงจึงไม่สำคัญ แต่คุณภาพของค่าความละเอียดสูง ความผิดพลาด และความคลาดเคลื่อนย่อมมีน้อย มีความกว้าง และระบบคุ้มกันที่ไม่ได้วัด

รูปตัวอย่างไมโครเซ็นเซอร์ในทางการแพทย์

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

      ไมโครเซ็นเซอร์ (Microsensors) ในการวัดค่ามักจะขึ้นอยู่กับความเค้นเชิงกล, การกระจัดเชิงกล หรือการวัดความถี่ของการสะท้อนด้วยโครงสร้าง รูปแบบสองประเภท อยู่ในการตรวจวัดแบบอนาล็อกที่เป็นสาระสำคัญ

      ในขณะที่อย่างหลังเป็นสาระสำคัญในการวัดแบบไบนารี่เนื่องจากปริมาณการรับรู้โดยปกติจะเป็นความถี่ของการสั่นสะเทือน เนื่องจากตัวเซ็นเซอร์ประเภทเรโซแนนซ์วัดความถี่แทนที่จะเป็นภาคขยายแอมพลิจูด จึงมักจะไม่ค่อยไวต่อเสียงรบกวน และมักให้ค่าความละเอียดสูงขึ้น

      จังหวะของเซ็นเซอร์ให้มากที่สุดเท่าหนึ่งร้อยครั้งความละเอียดของเซ็นเซอร์อนาล็อก อย่างไรก็ตาม พวกมันยังมีความซับซ้อนมากขึ้น และโดยปกติยากที่จะสร้างขึ้น

รูปตัวอย่างอุปกรณ์ตัวตอบสนองปิเอโซ

      รูปแบบหลักของการวัดความเครียดก็คือ ตัวตอบสนองปิเอโซ (Piezoresistive) ขณะที่วิธีการหลักในการวัดการกระจัด คือ เซ็นเซอร์วัดความจุ (Capacitive) เซ็นเซอร์เรโซแนนท์ ต้องใช้ทั้งวิธีการกระตุ้นทางโครงสร้าง และวิธีการตรวจจับความที่เรโซแนนท์ การผสมผสานของการถ่ายโอนข้อมูลหลายอย่าง ถูกนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ ได้แก่การกระตุ้นด้วยไฟฟ้าสถิต การตรวจสอบความจุ การกระตุ้น และการตรวจสอบแม่เหล็กกระตุ้นความร้อน และการตรวจจับด้วยแสง

5.3.1 ความเครียด

      มีไมโครเซ็นเซอร์หลายตัวที่มีการวัดค่าความเครียด ส่วนวิธีการหลักในการวัดค่าความเครียด ก็คือ ผ่านเครื่องวัดความเครียดแบบตัวตอบสนองปิเอโซ ซึ่งเป็นรูปแบบอนาล็อก

รูปตัวอย่างอุปกรณ์เซ็นเซอร์วัดความเครียด

      เกจวัดความเครียดแบบปิเอโซ (Piezoresistive strain gauge) หรือรู้จักในชื่อของ เกจสารกึ่งตัวนำ (Semiconductor gages) มีการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานในการสนองตอบต่อความเครียดทางกล สังเกตว่า วัสดุปิเอโซอิเล็กทริก สามารถใช้ในการวัดความเครียด จำได้ว่าความเครียดทางกลจะทำให้เกิดประจุไฟฟ้าในเซรามิคปิเอโซอิเล็กทริก

รูปตัวอย่างเกจวัดความเครียด

      ปัญหาที่พบเบื้องต้นที่มีการใช้วัสดุปิเอโซอิเล็กทริก เนื่องจากวงจรการวัดมีความต้านทานที่จำกัด การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นจากความเครียดทางกล จะรั่วไหลผ่านการวัดความต้านทานอิมพีแดนซ์ ดังนั้น จึงไม่สามารถให้การวัดสัญญาณที่มั่นคงได้

      ในความคมชัดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานของวัสดุตอบสนองปิเอโซที่มีสเถียรภาพ และสามารถวัดได้ง่ายสำหรับสัญญาณสถานะคงที่ ปัญหาหนึ่งที่เกิดขึ้นจากวัสดุที่ตอบสนองปิเอโซ อย่างไรก็ดีวัสดุที่เกิดจากการพึ่งพิงของความเครียด และอุณหภูมิโดยส่วนใหญ่ จะต้องได้รับการชดเชยความร้อน

      รูปแบบที่น่าสนใจในซิลิกอนตัวต้านทานปิเอโซ คือ เกจวัดความเครียดแบบเรโซแนนซ์ ซึ่งมีรูปแบบการวัดที่ใช้คลื่นความถี่ ซึ่งไม่ไวต่อสัญญาณรบกวน

      เกจวัดความเครียดแบบเรโซแนนซ์ เป็นลำแสงที่ถูกแขวนลอยไว้เหนือส่วนของจุดวัดเล็กน้อย และยึดปลายทั้งสองข้าง ลำแสงวัดความเครียดจะถูกกระตุ้นด้วยสนามแม่เหล็ก และความถี่ของการสั่นสะเทือนจะถูกตรวจจับโดยวงจรตรวจจับด้วยแม่เหล็ก เมื่อลำแสงวัดความเครียดจะถูกกระตุ้นด้วยสนามแม่เหล็ก และความถี่ของการสั่นสะเทือน จะถูกตรวจจับโดยวงจรตรวจจับด้วยแม่เหล็ก

      เมื่อลำแสงถูกยึดโดยความเครียดเชิงกล ความถี่ของการสั่นสะเทือนจะเพิ่มขึ้น เซ็นเซอร์เหล่านี้ให้ความละเอียดสูงกว่าตัวต้านทานปิเอโซ ทั่วไป และมีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิที่ต่ำกว่า เซ็นเซอร์เรโซแนนซ์ ต้องใช้เทคนิคการผลิตแบบสามมิติที่มีความซับซ้อนซึ่งแตกต่างจากตัวต้านทานปิเอโซ ทั่วไปซึ่งจะต้องใช้เทคนิคเฉพาะแบบระนาบ 

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“ผมชอบทำงาน กับคนที่ประเมินผมต่ำกว่าความเป็นจริง

เพราะมันทำให้ผมมีพลังที่จะสู้

และพิสูจน์ให้เห็นว่า พวกเขาคิดผิด”

Mark Elliot Zuckerberg

CEO Facebook

<หน้าที่แล้ว                                 สารบัญ                    หน้าต่อไป>