- MEMS పరికరాలు మరియు అనువర్తనాలు
- MEMS యాక్సిలెరోమీటర్లు
- MEMS ప్రెజర్ సెన్సార్లు
- MEMS మైక్రోఫోన్
- MEMS మాగ్నెటోమీటర్
- MEMS గైరోస్కోప్
MEMS అంటే మైక్రో-ఎలక్ట్రో-మెకానికల్ సిస్టమ్స్ మరియు ఇది ఎలక్ట్రానిక్ భాగాలు మరియు యాంత్రిక కదిలే భాగాలు రెండింటినీ కలిగి ఉన్న మైక్రోమీటర్-పరిమాణ పరికరాలను సూచిస్తుంది. MEMS పరికరాలను కలిగి ఉన్న పరికరాలుగా నిర్వచించవచ్చు:
- మైక్రోమీటర్‌లో పరిమాణం (1 మైక్రోమీటర్ నుండి 100 మైక్రోమీటర్ వరకు)
- వ్యవస్థలో విద్యుత్ ప్రవాహం (ఎలక్ట్రికల్)
- మరియు దాని లోపల కదిలే భాగాలను కలిగి ఉంది (మెకానికల్)
సూక్ష్మదర్శిని క్రింద MEMS పరికరం యొక్క మెకానికల్ భాగం యొక్క చిత్రం క్రింద ఉంది. ఇది ఆశ్చర్యంగా అనిపించకపోవచ్చు కాని గేర్ యొక్క పరిమాణం 10 మైకోమీటర్ అని మీకు తెలుసా, ఇది మానవ జుట్టు యొక్క సగం పరిమాణం. కాబట్టి ఇటువంటి సంక్లిష్ట నిర్మాణాలు కొన్ని మిల్లీమీటర్లు మాత్రమే చిప్-పరిమాణంలో ఎలా పొందుపరచబడిందో తెలుసుకోవడం చాలా ఆసక్తికరంగా ఉంటుంది.
MEMS పరికరాలు మరియు అనువర్తనాలు
ఈ సాంకేతిక పరిజ్ఞానం మొట్టమొదట 1965 లో ప్రవేశపెట్టబడింది, కాని 1980 వరకు భారీ ఉత్పత్తి ప్రారంభం కాలేదు. ప్రస్తుతం, వివిధ అనువర్తనాలలో ప్రస్తుతం 100 బిలియన్లకు పైగా MEMS పరికరాలు చురుకుగా ఉన్నాయి మరియు వాటిని మొబైల్ ఫోన్లు, ల్యాప్‌టాప్‌లు, జిపిఎస్ వ్యవస్థలు, ఆటోమొబైల్ మొదలైన వాటిలో చూడవచ్చు.
MEMS సాంకేతికత అనేక ఎలక్ట్రానిక్ భాగాలలో పొందుపరచబడింది మరియు వాటి సంఖ్య రోజురోజుకు పెరుగుతోంది. చౌకైన MEMS పరికరాలను అభివృద్ధి చేయడంలో పురోగతితో, భవిష్యత్తులో అవి మరెన్నో అనువర్తనాలను తీసుకుంటున్నట్లు మనం చూడవచ్చు.
MEMS పరికరాలు సాధారణ పరికరాల కంటే మెరుగ్గా పనిచేస్తాయి తప్ప మెరుగైన పనితీరు సాంకేతిక పరిజ్ఞానం అమలులోకి రాకపోతే MEMS సింహాసనంపై ఉంటుంది. MEMS సాంకేతిక పరిజ్ఞానంలో చాలా ముఖ్యమైన అంశాలు మైక్రో సెన్సార్లు మరియు మైక్రో యాక్యుయేటర్లు, వీటిని ట్రాన్స్‌డ్యూసర్‌లుగా సముచితంగా వర్గీకరించారు. ఈ ట్రాన్స్డ్యూసర్లు శక్తిని ఒక రూపం నుండి మరొక రూపానికి మారుస్తాయి. మైక్రోసెన్సర్ల విషయంలో, పరికరం సాధారణంగా కొలిచిన యాంత్రిక సిగ్నల్‌ను ఎలక్ట్రికల్ సిగ్నల్‌గా మారుస్తుంది మరియు మైక్రోయాక్యుయేటర్ ఎలక్ట్రికల్ సిగ్నల్‌ను యాంత్రిక అవుట్‌పుట్‌గా మారుస్తుంది.
MEMS టెక్నాలజీ ఆధారంగా కొన్ని సాధారణ సెన్సార్లు క్రింద వివరించబడ్డాయి.
- యాక్సిలెరోమీటర్లు
- ప్రెజర్ సెన్సార్లు
- మైక్రోఫోన్
- మాగ్నెటోమీటర్
- గైరోస్కోప్
MEMS యాక్సిలెరోమీటర్లు
రూపకల్పనలోకి వెళ్ళే ముందు, MEMS యాక్సిలెరోమీటర్ రూపకల్పనలో ఉపయోగించే పని సూత్రాన్ని చర్చిద్దాం మరియు దాని కోసం క్రింద చూపిన మాస్-స్ప్రింగ్ ఏర్పాటును పరిశీలిద్దాం.
ఇక్కడ ఒక ద్రవ్యరాశి మూసివేసిన ప్రదేశంలో రెండు స్ప్రింగ్‌లతో సస్పెండ్ చేయబడుతుంది మరియు సెటప్ విశ్రాంతిగా పరిగణించబడుతుంది. ఇప్పుడు శరీరం అకస్మాత్తుగా ముందుకు సాగడం ప్రారంభిస్తే, శరీరంలో నిలిపివేయబడిన ద్రవ్యరాశి ఒక వెనుకబడిన శక్తిని అనుభవిస్తుంది, ఇది దాని స్థానంలో స్థానభ్రంశం కలిగిస్తుంది. మరియు ఈ స్థానభ్రంశం కారణంగా క్రింద చూపిన విధంగా స్ప్రింగ్‌లు వైకల్యానికి గురవుతాయి.
కారు, బస్సు మరియు రైలు వంటి కదిలే వాహనంలో కూర్చున్నప్పుడు కూడా ఈ దృగ్విషయం మనకు అనుభవించాలి. కాబట్టి యాక్సిలెరోమీటర్ల రూపకల్పనలో కూడా ఇదే దృగ్విషయం ఉపయోగించబడుతుంది.
ద్రవ్యరాశికి బదులుగా, మేము స్ప్రింగ్‌లకు అనుసంధానించబడిన కదిలే భాగంగా వాహక పలకలను ఉపయోగిస్తాము. మొత్తం సెటప్ క్రింద చూపిన విధంగా ఉంటుంది.
రేఖాచిత్రంలో, ఎగువ కదిలే ప్లేట్ మరియు స్థిర ప్లేట్ మధ్య కెపాసిటెన్స్‌ను మేము పరిశీలిస్తాము:
సి 1 = ఇ 0 ఎ / డి 1
ఇక్కడ d 1 అనేది వాటి మధ్య దూరం.
కెపాసిటెన్స్ సి 1 విలువ పైకి కదిలే ప్లేట్ మరియు స్థిర ప్లేట్ మధ్య దూరానికి విలోమానుపాతంలో ఉంటుందని ఇక్కడ మనం చూడవచ్చు.
దిగువ కదిలే ప్లేట్ మరియు స్థిర ప్లేట్ మధ్య కెపాసిటెన్స్
సి 2 = ఇ 0 ఎ / డి 2
ఇక్కడ d 2 అనేది వాటి మధ్య దూరం
కెపాసిటెన్స్ సి 2 విలువ దిగువ కదిలే ప్లేట్ మరియు స్థిర ప్లేట్ మధ్య దూరానికి విలోమానుపాతంలో ఉందని ఇక్కడ మనం చూడవచ్చు.
శరీరం విశ్రాంతిగా ఉన్నప్పుడు ఎగువ మరియు దిగువ ప్లేట్లు రెండూ స్థిర ప్లేట్ నుండి సమాన దూరంలో ఉంటాయి కాబట్టి కెపాసిటెన్స్ సి 1 కెపాసిటెన్స్ సి 2 కు సమానంగా ఉంటుంది. కానీ శరీరం అకస్మాత్తుగా ముందుకు కదిలితే, క్రింద చూపిన విధంగా ప్లేట్లు స్థానభ్రంశం చెందుతాయి.
ఈ సమయంలో టాప్ ప్లేట్ మరియు ఫిక్స్డ్ ప్లేట్ మధ్య దూరం తగ్గడంతో కెపాసిటెన్స్ సి 1 పెరుగుతుంది. మరోవైపు కెపాసిటెన్స్, దిగువ ప్లేట్ మరియు ఫిక్స్డ్ ప్లేట్ మధ్య దూరం పెరగడంతో సి 2 తగ్గుతుంది. కెపాసిటెన్స్‌లో ఈ పెరుగుదల మరియు తగ్గుదల ప్రధాన శరీరంపై త్వరణానికి సరళంగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటాయి కాబట్టి ఎక్కువ త్వరణం మార్పును పెంచుతుంది మరియు త్వరణం తక్కువ మార్పును తగ్గిస్తుంది.
ఈ ప్రస్తుత కెపాసిటెన్స్ తగిన కరెంట్ లేదా వోల్టేజ్ రీడింగ్ పొందడానికి RC ఓసిలేటర్ లేదా మరొక సర్క్యూట్‌కు అనుసంధానించబడుతుంది. కావలసిన వోల్టేజ్ లేదా ప్రస్తుత విలువను పొందిన తరువాత, మేము ఆ డేటాను మరింత విశ్లేషణ కోసం సులభంగా ఉపయోగించవచ్చు.
అయితే ఈ సెటప్ను త్వరణం కొలిచే కోసం ఉపయోగించవచ్చు విజయవంతంగా స్థూలమైన మరియు సాధ్యము కాదు. మేము MEMS సాంకేతిక పరిజ్ఞానాన్ని ఉపయోగిస్తే, పరికరాన్ని మరింత వర్తించేలా చేసే మొత్తం సెటప్ను కొన్ని మైక్రోమీటర్ల పరిమాణానికి కుదించవచ్చు.
పై చిత్రంలో, మీరు MEMS యాక్సిలెరోమీటర్‌లో ఉపయోగించిన వాస్తవ సెటప్ను చూడవచ్చు. ఇక్కడ రెండు దిశలలో త్వరణాన్ని కొలవడానికి బహుళ కెపాసిటర్ ప్లేట్లు క్షితిజ సమాంతర మరియు నిలువు దిశలో నిర్వహించబడతాయి. కెపాసిటర్ ప్లేట్ కొన్ని మైక్రోమీటర్ల పరిమాణంలో ఉంటుంది మరియు మొత్తం సెటప్ కొన్ని మిల్లీమీటర్ల వరకు ఉంటుంది, కాబట్టి మేము స్మార్ట్ఫోన్లు వంటి బ్యాటరీతో పనిచేసే పోర్టబుల్ పరికరాల్లో ఈ MEMS యాక్సిలెరోమీటర్‌ను సులభంగా ఉపయోగించవచ్చు.
MEMS ప్రెజర్ సెన్సార్లు
ఒక వస్తువుపై ఒత్తిడి వచ్చినప్పుడు అది బ్రేకింగ్ పాయింట్‌కు చేరే వరకు వడకడుతుందని మనందరికీ తెలుసు. ఈ ఒత్తిడి ఒక నిర్దిష్ట పరిమితి వరకు అనువర్తిత ఒత్తిడికి నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది మరియు ఈ ఆస్తి MEMS ప్రెజర్ సెన్సార్ రూపకల్పనకు ఉపయోగించబడుతుంది. దిగువ చిత్రంలో మీరు MEMS ప్రెజర్ సెన్సార్ యొక్క నిర్మాణ రూపకల్పనను చూడవచ్చు.
ఇక్కడ రెండు కండక్టర్ ప్లేట్లు ఒక గాజు శరీరంపై అమర్చబడి వాటి మధ్య శూన్యత ఉంటుంది. ఒక కండక్టర్ ప్లేట్ పరిష్కరించబడింది మరియు మరొక ప్లేట్ ఒత్తిడిలో కదలడానికి అనువైనది. ఇప్పుడు మీరు కెపాసిటెన్స్ మీటర్ తీసుకొని రెండు అవుట్పుట్ టెర్మినల్స్ మధ్య పఠనం తీసుకుంటే మీరు రెండు సమాంతర ప్లేట్ల మధ్య కెపాసిటెన్స్ విలువను గమనించవచ్చు, ఎందుకంటే మొత్తం సెటప్ సమాంతర ప్లేట్ కెపాసిటర్ వలె పనిచేస్తుంది. ఇది సమాంతర ప్లేట్ కెపాసిటర్‌గా పనిచేస్తుంది కాబట్టి, ఎప్పటిలాగే, సాధారణ కెపాసిటర్ యొక్క అన్ని లక్షణాలు ఇప్పుడు దీనికి వర్తిస్తాయి. మిగిలిన పరిస్థితి లెట్ పిలుపుననుసరించి రెండు పలకల మధ్య సామర్థ్యంలో ఉండాలి C1.
ఇది చిత్రంలో చూపిన విధంగా వైకల్యం చెందుతుంది మరియు దిగువ పొరకు దగ్గరగా ఉంటుంది. పొరలు దగ్గరగా ఉన్నందున, రెండు పొరల మధ్య కెపాసిటెన్స్ పెరుగుతుంది. కాబట్టి ఎక్కువ దూరాలు కెపాసిటెన్స్‌ను తగ్గిస్తాయి మరియు కెపాసిటెన్స్ కంటే ఎక్కువ దూరాన్ని తగ్గిస్తాయి. మేము ఈ కెపాసిటెన్స్‌ను RC రెసొనేటర్‌తో కనెక్ట్ చేస్తే, అప్పుడు మేము ఒత్తిడిని సూచించే ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్స్ పొందవచ్చు. ఈ సిగ్నల్‌ను మైక్రోకంట్రోలర్‌కు మరింత ప్రాసెసింగ్ మరియు డేటా ప్రాసెసింగ్ కోసం ఇవ్వవచ్చు.
MEMS మైక్రోఫోన్
MEMS మైక్రోఫోన్ రూపకల్పన ప్రెజర్ సెన్సార్ మాదిరిగానే ఉంటుంది మరియు క్రింద ఉన్న బొమ్మ మైక్రోఫోన్ అంతర్గత నిర్మాణాన్ని చూపిస్తుంది.
సెటప్ విశ్రాంతిగా ఉందని పరిశీలిద్దాం మరియు ఆ పరిస్థితులలో స్థిర ప్లేట్ మరియు డయాఫ్రాగమ్ మధ్య కెపాసిటెన్స్ C1.
వాతావరణంలో శబ్దం ఉంటే, శబ్దం ఇన్లెట్ ద్వారా పరికరంలోకి ప్రవేశిస్తుంది. ఈ శబ్దం డయాఫ్రాగమ్ వైబ్రేట్ కావడానికి కారణమవుతుంది, డయాఫ్రాగమ్ మరియు స్థిర ప్లేట్ మధ్య దూరం నిరంతరం మారుతుంది. ఇది కెపాసిటెన్స్ సి 1 నిరంతరం మారడానికి కారణమవుతుంది. మేము ఈ మారుతున్న కెపాసిటెన్స్‌ను సంబంధిత ప్రాసెసింగ్ చిప్‌కు కనెక్ట్ చేస్తే, మారుతున్న కెపాసిటెన్స్ కోసం విద్యుత్ ఉత్పత్తిని పొందవచ్చు. మారుతున్న కెపాసిటెన్స్ మొదటి స్థానంలో శబ్దంతో నేరుగా సంబంధం కలిగి ఉన్నందున, ఈ ఎలక్ట్రికల్ సిగ్నల్ ఇన్పుట్ ధ్వని యొక్క మార్చబడిన రూపంగా ఉపయోగించబడుతుంది.
MEMS మాగ్నెటోమీటర్
MEMS మాగ్నెటోమీటర్ భూమి యొక్క అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని కొలవడానికి ఉపయోగిస్తారు. ఈ పరికరం హాల్ ఎఫెక్ట్ లేదా మాగ్నెటో రెసిస్టివ్ ఎఫెక్ట్ ఆధారంగా నిర్మించబడింది. చాలా MEMS మాగ్నెటోమీటర్లు హాల్ ఎఫెక్ట్‌ను ఉపయోగిస్తాయి, కాబట్టి అయస్కాంత క్షేత్ర బలాన్ని కొలవడానికి ఈ పద్ధతి ఎలా ఉపయోగించబడుతుందో మేము చర్చిస్తాము. దాని కోసం మనం ఒక వాహక పలకను పరిశీలిద్దాం మరియు చిత్రంలో చూపిన విధంగా ఒక వైపు చివరలను బ్యాటరీకి అనుసంధానించాము.
ఇక్కడ మీరు ఎలక్ట్రాన్ల ప్రవాహ దిశను చూడవచ్చు, ఇది ప్రతికూల టెర్మినల్ నుండి పాజిటివ్ టెర్మినల్ వరకు ఉంటుంది. ఇప్పుడు ఒక అయస్కాంతాన్ని కండక్టర్ పైభాగానికి తీసుకువస్తే, కండక్టర్‌లోని ఎలక్ట్రాన్లు మరియు ప్రోటాన్లు క్రింద ఉన్న చిత్రంలో చూపిన విధంగా పంపిణీ చేయబడతాయి.
ఇక్కడ సానుకూల చార్జ్ ఉన్న ప్రోటాన్లు విమానం యొక్క ఒక వైపున సేకరిస్తాయి, అయితే ప్రతికూల చార్జ్ మోసే ఎలక్ట్రాన్లు ఖచ్చితమైన ఎదురుగా సేకరిస్తాయి. ఈ సమయంలో మనం వోల్టమీటర్ తీసుకొని రెండు చివర్లలో కనెక్ట్ చేస్తే అప్పుడు మనకు పఠనం లభిస్తుంది. ఈ వోల్టేజ్ పఠనం V1 పైభాగంలో కండక్టర్ అనుభవించిన క్షేత్ర బలానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. ప్రస్తుత మరియు అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని వర్తింపజేయడం ద్వారా వోల్టేజ్ ఉత్పత్తి యొక్క పూర్తి దృగ్విషయాన్ని హాల్ ఎఫెక్ట్ అంటారు.
పై మోడల్ ఆధారంగా MEMS ను ఉపయోగించడం ద్వారా ఒక సాధారణ వ్యవస్థ రూపకల్పన చేయబడితే, అప్పుడు మనకు క్షేత్ర బలాన్ని గ్రహించి, సరళ అనుపాత విద్యుత్ ఉత్పత్తిని అందించే ట్రాన్స్‌డ్యూసర్‌ లభిస్తుంది.
MEMS గైరోస్కోప్
MEMS గైరోస్కోప్ చాలా ప్రాచుర్యం పొందింది మరియు ఇది చాలా అనువర్తనాలలో ఉపయోగించబడుతుంది. ఉదాహరణకు, విమానాలు, జిపిఎస్ వ్యవస్థలు, స్మార్ట్ఫోన్లు మొదలైన వాటిలో మనం ఎంఇఎంఎస్ గైరోస్కోప్‌ను కనుగొనవచ్చు. కోరియోలిస్ ఎఫెక్ట్ ఆధారంగా ఎంఇఎంఎస్ గైరోస్కోప్ రూపొందించబడింది. MEMS గైరోస్కోప్ యొక్క సూత్రాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి మరియు పని చేయడానికి, దాని అంతర్గత నిర్మాణాన్ని పరిశీలిద్దాం.
ఇక్కడ S1, S2, S3 & S4 బాహ్య లూప్ మరియు రెండవ లూప్‌ను అనుసంధానించడానికి ఉపయోగించే స్ప్రింగ్‌లు. S5, S6, S7 & S8 రెండవ లూప్ మరియు ద్రవ్యరాశి 'M' ను కనెక్ట్ చేయడానికి ఉపయోగించే స్ప్రింగ్‌లు. చిత్రంలోని దిశల ద్వారా చూపిన విధంగా ఈ ద్రవ్యరాశి y- అక్షం వెంట ప్రతిధ్వనిస్తుంది. అలాగే, ఈ ప్రతిధ్వని ప్రభావం సాధారణంగా MEMS పరికరాల్లో ఆకర్షణ యొక్క ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ శక్తిని ఉపయోగించడం ద్వారా సాధించబడుతుంది.
విశ్రాంతి పరిస్థితులలో, పై పొర లేదా దిగువన ఏదైనా రెండు పలకల మధ్య కెపాసిటెన్స్ ఒకే విధంగా ఉంటుంది మరియు ఈ పలకల మధ్య దూరం మార్పు వచ్చేవరకు ఇది అలాగే ఉంటుంది.
మేము ఈ సెటప్ను తిరిగే డిస్క్‌కు మౌంట్ చేస్తే, క్రింద చూపిన విధంగా ప్లేట్ల స్థానంలో కొంత మార్పు ఉంటుంది.
సెటప్ చూపిన విధంగా తిరిగే డిస్క్‌లో ఇన్‌స్టాల్ చేయబడినప్పుడు, సెటప్ లోపల ద్రవ్యరాశి ప్రతిధ్వనించడం వల్ల అంతర్గత సెటప్‌లో స్థానభ్రంశం ఏర్పడుతుంది. ఈ స్థానభ్రంశం కారణంగా ఎస్ 1 నుండి ఎస్ 4 వరకు నాలుగు స్ప్రింగ్‌లు వైకల్యంతో ఉన్నట్లు మీరు చూడవచ్చు. అకస్మాత్తుగా తిరిగే డిస్క్‌లో ఉంచినప్పుడు ద్రవ్యరాశిని ప్రతిధ్వనించడం ద్వారా అనుభవించే ఈ శక్తిని కోరియోలిస్ ప్రభావం ద్వారా వివరించవచ్చు.
మేము క్లిష్టమైన వివరాలు దాటవేస్తే, అప్పుడు నిర్ధారించింది చేయవచ్చు ఎందుకంటే దిశలో ఆకస్మికంగా మార్పు లోపలి పొరలో స్థానభ్రంశం ప్రస్తుతం ఉంది. ఈ స్థానభ్రంశం దిగువ మరియు పై పొరలలోని కెపాసిటర్ ప్లేట్ల మధ్య దూరం కూడా మారుతుంది. మునుపటి ఉదాహరణలలో వివరించినట్లుగా దూరంలోని మార్పు కెపాసిటెన్స్ మారడానికి కారణమవుతుంది.
మరియు పరికరం ఉంచబడిన డిస్క్ యొక్క భ్రమణ వేగాన్ని కొలవడానికి మేము ఈ పరామితిని ఉపయోగించవచ్చు.
అనేక ఇతర MEMS పరికరాలు MEMS సాంకేతిక పరిజ్ఞానాన్ని ఉపయోగించి రూపొందించబడ్డాయి మరియు వాటి సంఖ్య కూడా ప్రతిరోజూ పెరుగుతోంది. కానీ ఈ పరికరాలన్నీ పని మరియు రూపకల్పనలో ఒక నిర్దిష్ట సారూప్యతను కలిగి ఉంటాయి, కాబట్టి పైన పేర్కొన్న కొన్ని ఉదాహరణలను అర్థం చేసుకోవడం ద్వారా ఇతర సారూప్య MEMS పరికరాల పనిని మనం సులభంగా అర్థం చేసుకోవచ్చు.