Hitachi Ltd. anunció hoy el desarrollo de un acelerómetro MEMS de baja potencia y alta sensibilidad que puede detectar vibraciones de construcción y tierra extremadamente débiles combinando tecnología MEMS sofisticada con tecnología de circuitos. El sensor alcanza una sensibilidad comparable a la de los sensores para exploración de petróleo y gas (nivel de ruido 30ng / √Hz) con menos de la mitad del consumo de energía (20mW). Hitachi tiene la intención de aplicar este sensor a varias aplicaciones, incluida la exploración de petróleo y gas de próxima generación, y monitoreo de infraestructura, para contribuir a la realización de un cómodo, sociedad segura y protegida.

El progreso en los últimos años en la fusión de OT (Tecnología operativa) y TI (Tecnología de la información) ha llevado a una expectativa creciente en los sensores de alto rendimiento, que representan un componente clave. Por ejemplo, en exploración de petróleo y gas, Se requieren sensores con tres órdenes de magnitud más de sensibilidad que los sensores de automóviles, ya que deben ser capaces de detectar ondas de reflexión subterráneas extremadamente débiles resultantes de terremotos artificiales aplicados. También, El consumo de energía de estos dispositivos debe reducirse drásticamente para mejorar la viabilidad. ya que los casos de uso como la exploración de recursos de próxima generación pueden necesitar implementar sensores del orden de un millón en los sitios, o puede requerir una duración de la batería de muchos años, como en el monitoreo de infraestructura para puentes y edificios. En acelerómetros MEMS convencionales, sin embargo, fue difícil lograr una alta sensibilidad y un bajo consumo de energía al mismo tiempo, ya que el consumo de energía aumenta proporcionalmente al cuadrado de la reducción del ruido.

Para superar este desafío, Hitachi desarrolló un acelerómetro MEMS de alta sensibilidad y baja potencia al hacer converger una combinación sofisticada de MEMS y tecnologías de circuitos. Las características de las tecnologías desarrolladas son las siguientes.

MEMS de bajo ruido que utiliza una masa en movimiento con perforaciones únicas

Los acelerómetros MEMS consisten en una masa en movimiento suspendida por resortes y circuitos débiles para detectar y controlar el movimiento. Los circuitos detectan el movimiento de la masa generada por la vibración o la aceleración como señales de carga eléctrica, y controlar la masa en función de la señal para mantenerla en una posición equilibrada, sin embargo, el ruido causado por las moléculas de aire que chocan con la superficie de la masa en movimiento reduce la sensibilidad. En este desarrollo, se realizaron perforaciones únicas con diferentes diámetros de entrada / salida basados ​​en análisis de dinámica de fluidos en la masa en movimiento, que consiste en un sustrato SOI, resultando en una reducción a la mitad de las colisiones de moléculas de aire.

Circuito de baja potencia mediante operación en paralelo de control y detección.

En acelerómetros MEMS convencionales, se utiliza un electrodo común cuando se cambia alternativamente entre las operaciones de control y detección. Este método consume mucha energía ya que se requiere un alto voltaje de control para cambiar entre operaciones debido a la corta duración del período de control. En el sensor propuesto, Se proporcionan electrodos independientes para control y detección, y por lo tanto, las operaciones de control y detección se pueden realizar simultáneamente, y se puede eliminar el alto voltaje requerido para prepararse para el control, resultando en una reducción del 40 por ciento en el voltaje de control requerido para las operaciones de control.

Al evaluar la tecnología desarrollada, Se encontró que la sensibilidad (nivel de ruido 30ng / √Hz o menos) requerida para los sensores usados ​​en la exploración de petróleo y gas, podría realizarse con un consumo de energía de 20 mW, que es aproximadamente la mitad que los niveles convencionales. Como resultado, será posible aplicar acelerómetros MEMS a situaciones que requieran una gran cantidad de sensores de baja potencia de alta sensibilidad, como la detección de suelos extremadamente débiles o vibraciones de edificios.

Hitachi tiene la intención de aplicar este sensor a varias aplicaciones, incluida la exploración de petróleo y gas de próxima generación, y monitoreo de infraestructura, para contribuir a la realización de un cómodo, sociedad segura y protegida.