- MEMS சாதனங்கள் மற்றும் பயன்பாடுகள்
- MEMS முடுக்கமானிகள்
- MEMS அழுத்தம் உணரிகள்
- MEMS மைக்ரோஃபோன்
- MEMS காந்தமாமீட்டர்
- MEMS கைரோஸ்கோப்
MEMS என்பது மைக்ரோ-எலக்ட்ரோ-மெக்கானிக்கல் சிஸ்டங்களை குறிக்கிறது, மேலும் இது மின்னணு கூறுகள் மற்றும் இயந்திர நகரும் பாகங்கள் இரண்டையும் கொண்ட மைக்ரோமீட்டர் அளவிலான சாதனங்களைக் குறிக்கிறது. MEMS சாதனங்களைக் கொண்ட சாதனங்களாக வரையறுக்கலாம்:
- மைக்ரோமீட்டரில் அளவு (1 மைக்ரோமீட்டர் முதல் 100 மைக்ரோமீட்டர் வரை)
- அமைப்பில் மின்னோட்டத்தின் ஓட்டம் (மின்)
- மற்றும் அதற்குள் நகரும் பாகங்கள் உள்ளன (மெக்கானிக்கல்)
நுண்ணோக்கின் கீழ் ஒரு எம்இஎம்எஸ் சாதனத்தின் மெக்கானிக்கல் பகுதியின் படம் கீழே உள்ளது. இது ஆச்சரியமாகத் தெரியவில்லை, ஆனால் கியரின் அளவு 10 மைக்கோமீட்டர் என்பது உங்களுக்குத் தெரியுமா, இது மனித முடியின் பாதி அளவு. எனவே இதுபோன்ற சிக்கலான கட்டமைப்புகள் ஒரு சிப் அளவிலான சில மில்லிமீட்டர்களில் மட்டுமே எவ்வாறு உட்பொதிக்கப்படுகின்றன என்பதை அறிய இது மிகவும் சுவாரஸ்யமானது.
MEMS சாதனங்கள் மற்றும் பயன்பாடுகள்
இந்த தொழில்நுட்பம் முதன்முதலில் 1965 களில் அறிமுகப்படுத்தப்பட்டது, ஆனால் 1980 வரை வெகுஜன உற்பத்தி தொடங்கப்படவில்லை. தற்போது, 100 பில்லியனுக்கும் அதிகமான எம்இஎம்எஸ் சாதனங்கள் தற்போது பல்வேறு பயன்பாடுகளில் செயல்படுகின்றன, மேலும் அவை மொபைல் போன்கள், மடிக்கணினிகள், ஜிபிஎஸ் அமைப்புகள், ஆட்டோமொபைல் போன்றவற்றில் காணப்படுகின்றன.
MEMS தொழில்நுட்பம் பல மின்னணு கூறுகளில் இணைக்கப்பட்டுள்ளது மற்றும் அவற்றின் எண்ணிக்கை நாளுக்கு நாள் வளர்ந்து வருகிறது. மலிவான MEMS சாதனங்களை உருவாக்குவதில் முன்னேற்றத்துடன், எதிர்காலத்தில் அவை இன்னும் பல பயன்பாடுகளை எடுத்துக்கொள்வதைக் காணலாம்.
MEMS சாதனங்கள் இயல்பான சாதனங்களை விட சிறப்பாக செயல்படுவதால், சிறப்பாக செயல்படும் தொழில்நுட்பம் செயல்பாட்டுக்கு வராவிட்டால் MEMS அரியணையில் இருக்கும். MEMS தொழில்நுட்பத்தில் மிகவும் குறிப்பிடத்தக்க கூறுகள் மைக்ரோ சென்சார்கள் மற்றும் மைக்ரோ ஆக்சுவேட்டர்கள் ஆகும், அவை சரியான முறையில் டிரான்ஸ்யூட்டர்களாக வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த மின்மாற்றிகள் ஆற்றலை ஒரு வடிவத்திலிருந்து மற்றொரு வடிவத்திற்கு மாற்றுகின்றன. மைக்ரோசென்சர்களைப் பொறுத்தவரை, சாதனம் பொதுவாக அளவிடப்பட்ட இயந்திர சமிக்ஞையை மின் சமிக்ஞையாக மாற்றுகிறது மற்றும் ஒரு மைக்ரோஆக்டுவேட்டர் ஒரு மின் சமிக்ஞையை இயந்திர வெளியீட்டாக மாற்றுகிறது.
MEMS தொழில்நுட்பத்தின் அடிப்படையில் சில பொதுவான சென்சார்கள் கீழே விளக்கப்பட்டுள்ளன.
- முடுக்கமானிகள்
- அழுத்தம் உணரிகள்
- மைக்ரோஃபோன்
- காந்தமாமீட்டர்
- கைரோஸ்கோப்
MEMS முடுக்கமானிகள்
வடிவமைப்பிற்குச் செல்வதற்கு முன், எம்இஎம்எஸ் முடுக்க மானியை வடிவமைப்பதில் பயன்படுத்தப்படும் செயல்பாட்டுக் கொள்கையைப் பற்றி விவாதிப்போம், அதற்காக கீழே காட்டப்பட்டுள்ள வெகுஜன-வசந்த அமைப்பைக் கருத்தில் கொள்வோம்.
இங்கே ஒரு வெகுஜன ஒரு மூடிய இடத்தில் இரண்டு நீரூற்றுகளுடன் இடைநிறுத்தப்பட்டு அமைவு ஓய்வில் இருப்பதாகக் கருதப்படுகிறது. இப்போது உடல் திடீரென முன்னேறத் தொடங்கினால், உடலில் இடைநிறுத்தப்பட்ட வெகுஜன ஒரு பின்தங்கிய சக்தியை அனுபவிக்கிறது, இது அதன் நிலையில் இடப்பெயர்வை ஏற்படுத்துகிறது. இந்த இடப்பெயர்ச்சி நீரூற்றுகள் கீழே காட்டப்பட்டுள்ளபடி சிதைக்கப்படுகின்றன.
கார், பஸ் மற்றும் ரயில் போன்ற எந்த நகரும் வாகனத்திலும் உட்கார்ந்திருக்கும்போது இந்த நிகழ்வு நம்மால் அனுபவிக்கப்பட வேண்டும், எனவே அதே நிகழ்வு முடுக்கமானிகளை வடிவமைப்பதில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
ஆனால் வெகுஜனத்திற்கு பதிலாக, நீரூற்றுகளுடன் இணைக்கப்பட்ட நகரும் பகுதியாக கடத்தும் தகடுகளைப் பயன்படுத்துவோம். முழு அமைப்பும் கீழே காட்டப்பட்டுள்ளபடி இருக்கும்.
வரைபடத்தில், மேல் நகரும் தட்டுக்கும் ஒரு நிலையான தட்டுக்கும் இடையிலான கொள்ளளவைக் கருத்தில் கொள்வோம்:
சி 1 = இ 0 எ / டி 1
d 1 என்பது அவற்றுக்கிடையேயான தூரம்.
கொள்ளளவு சி 1 மதிப்பு மேலே நகரும் தட்டுக்கும் நிலையான தட்டுக்கும் இடையிலான தூரத்திற்கு நேர்மாறான விகிதாசாரத்தில் இருப்பதை இங்கே காணலாம்.
கீழே நகரும் தட்டுக்கும் நிலையான தட்டுக்கும் இடையிலான கொள்ளளவு
சி 2 = இ 0 எ / டி 2
d 2 என்பது அவற்றுக்கிடையேயான தூரம்
கொள்ளளவு சி 2 மதிப்பு கீழே நகரும் தட்டுக்கும் நிலையான தட்டுக்கும் இடையிலான தூரத்திற்கு நேர்மாறான விகிதாசாரத்தில் இருப்பதை இங்கே காணலாம்.
உடல் ஓய்வில் இருக்கும்போது மேல் மற்றும் கீழ் தட்டுகள் நிலையான தட்டில் இருந்து சம தூரத்தில் இருக்கும், எனவே கொள்ளளவு C1 கொள்ளளவு C2 க்கு சமமாக இருக்கும். ஆனால் உடல் திடீரென முன்னோக்கி நகர்ந்தால், கீழே காட்டப்பட்டுள்ளபடி தட்டுகள் இடம்பெயர்கின்றன.
இந்த நேரத்தில் மேல் தட்டுக்கும் நிலையான தட்டுக்கும் இடையிலான தூரம் குறைவதால் மின்தேக்கி சி 1 அதிகரிக்கும். மறுபுறம் கொள்ளளவு, கீழ் தட்டுக்கும் நிலையான தட்டுக்கும் இடையிலான தூரம் அதிகரித்ததால் சி 2 குறைகிறது. மின்தேக்கத்தின் இந்த அதிகரிப்பு மற்றும் குறைவு முக்கிய உடலில் உள்ள முடுக்கம்க்கு நேரியல் விகிதாசாரமாகும், எனவே அதிக முடுக்கம் மாற்றத்தை அதிகமாக்குகிறது மற்றும் முடுக்கம் குறைந்த மாற்றத்தை குறைக்கிறது.
இந்த மாறுபட்ட கொள்ளளவு பொருத்தமான மின்னோட்ட அல்லது மின்னழுத்த வாசிப்பைப் பெற ஆர்.சி. ஆஸிலேட்டர் அல்லது மற்றொரு சுற்றுடன் இணைக்கப்படலாம். விரும்பிய மின்னழுத்தம் அல்லது தற்போதைய மதிப்பைப் பெற்ற பிறகு, அந்தத் தரவை மேலும் பகுப்பாய்விற்கு எளிதாகப் பயன்படுத்தலாம்.
முடுக்கம் வெற்றிகரமாக அளவிட இந்த அமைப்பைப் பயன்படுத்தலாம் என்றாலும், அது பருமனானது மற்றும் நடைமுறைக்குரியது அல்ல. ஆனால் நாம் எம்இஎம்எஸ் தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தினால், முழு அமைப்பையும் சில மைக்ரோமீட்டர்களின் அளவிற்கு சுருக்கி சாதனத்தை மேலும் பொருந்தும்.
மேலே உள்ள படத்தில், ஒரு MEMS முடுக்கமானியில் பயன்படுத்தப்படும் உண்மையான அமைப்பைக் காணலாம். இங்கே பல மின்தேக்கி தகடுகள் கிடைமட்ட மற்றும் செங்குத்து திசையில் இரு திசைகளிலும் முடுக்கம் அளவிட ஏற்பாடு செய்யப்பட்டுள்ளன. மின்தேக்கி தட்டு ஒரு சில மைக்ரோமீட்டர்கள் வரை அளவிடப்படுகிறது மற்றும் முழு அமைப்பும் சில மில்லிமீட்டர் வரை இருக்கும், எனவே ஸ்மார்ட்போன்கள் போன்ற பேட்டரி மூலம் இயக்கப்படும் சிறிய சாதனங்களில் இந்த MEMS முடுக்க மானியை நாம் எளிதாகப் பயன்படுத்தலாம்.
MEMS அழுத்தம் உணரிகள்
ஒரு பொருளின் மீது அழுத்தம் செலுத்தப்படும்போது அது ஒரு முறிவு புள்ளியை அடையும் வரை அது கஷ்டப்படும் என்பதை நாம் அனைவரும் அறிவோம். இந்த திரிபு ஒரு குறிப்பிட்ட வரம்பு வரை பயன்பாட்டு அழுத்தத்திற்கு நேரடியாக விகிதாசாரமாகும், மேலும் இந்த சொத்து MEMS அழுத்தம் சென்சார் வடிவமைக்கப் பயன்படுகிறது. கீழேயுள்ள படத்தில் நீங்கள் ஒரு MEMS அழுத்தம் சென்சாரின் கட்டமைப்பு வடிவமைப்பைக் காணலாம்.
இங்கே இரண்டு கடத்தி தகடுகள் ஒரு கண்ணாடி உடலில் பொருத்தப்பட்டுள்ளன, அவற்றுக்கிடையே ஒரு வெற்றிடம் இருக்கும். ஒரு கடத்தி தட்டு சரி செய்யப்பட்டது, மற்ற தட்டு அழுத்தத்தின் கீழ் செல்ல நெகிழ்வானது. இப்போது நீங்கள் ஒரு கொள்ளளவு மீட்டரை எடுத்து இரண்டு வெளியீட்டு முனையங்களுக்கிடையில் ஒரு வாசிப்பை எடுத்தால், இரண்டு இணை தகடுகளுக்கு இடையில் ஒரு கொள்ளளவு மதிப்பை நீங்கள் அவதானிக்கலாம், ஏனென்றால் முழு அமைப்பும் ஒரு இணையான தட்டு மின்தேக்கியாக செயல்படுகிறது. இது ஒரு இணையான தட்டு மின்தேக்கியாக செயல்படுவதால், வழக்கம் போல், ஒரு பொதுவான மின்தேக்கியின் அனைத்து பண்புகளும் இப்போது அதற்கு பொருந்தும். மீதமுள்ள நிபந்தனையின் கீழ் இரண்டு தட்டுகளுக்கு இடையிலான கொள்ளளவை சி 1 என்று அழைப்போம்.
இது படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி சிதைந்து, கீழ் அடுக்குக்கு அருகில் நகரும். அடுக்குகள் நெருங்கி வருவதால், இரண்டு அடுக்குகளுக்கு இடையிலான கொள்ளளவு அதிகரிக்கும். எனவே அதிக தூரங்கள் கொள்ளளவைக் குறைக்கின்றன மற்றும் தூரத்தை குறைந்த கொள்ளளவைக் குறைக்கின்றன. இந்த கொள்ளளவை ஒரு ஆர்.சி ரெசனேட்டருடன் இணைத்தால், அழுத்தத்தைக் குறிக்கும் அதிர்வெண் சமிக்ஞைகளைப் பெறலாம். இந்த சமிக்ஞையை மைக்ரோகண்ட்ரோலருக்கு மேலும் செயலாக்கம் மற்றும் தரவு செயலாக்கத்திற்கு வழங்கலாம்.
MEMS மைக்ரோஃபோன்
MEMS மைக்ரோஃபோனின் வடிவமைப்பு அழுத்தம் சென்சாருக்கு ஒத்ததாக இருக்கிறது மற்றும் கீழேயுள்ள படம் மைக்ரோஃபோனின் உள் கட்டமைப்பைக் காட்டுகிறது.
அமைப்பு ஓய்வில் இருப்பதைக் கருத்தில் கொள்வோம், அந்த நிலைமைகளில் நிலையான தட்டுக்கும் உதரவிதானத்திற்கும் இடையிலான கொள்ளளவு C1 ஆகும்.
சூழலில் சத்தம் இருந்தால், ஒலி ஒரு நுழைவாயில் வழியாக சாதனத்தில் நுழைகிறது. இந்த ஒலி உதரவிதானம் அதிர்வுறும் வகையில் உதரவிதானம் மற்றும் நிலையான தட்டுக்கு இடையிலான தூரம் தொடர்ந்து மாறுகிறது. இது, மின்தேக்கி சி 1 தொடர்ந்து மாற காரணமாகிறது. இந்த மாறும் கொள்ளளவை தொடர்புடைய செயலாக்க சில்லுடன் இணைத்தால், மாறிவரும் கொள்ளளவுக்கு மின் வெளியீட்டைப் பெறலாம். மாறும் கொள்ளளவு முதல் இடத்தில் நேரடியாக சத்தத்துடன் தொடர்புடையது என்பதால், இந்த மின் சமிக்ஞையை உள்ளீட்டு ஒலியின் மாற்றப்பட்ட வடிவமாகப் பயன்படுத்தலாம்.
MEMS காந்தமாமீட்டர்
பூமியின் காந்தப்புலத்தை அளவிட MEMS காந்தமாமீட்டர் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த சாதனம் ஹால் எஃபெக்ட் அல்லது மேக்னடோ ரெசிஸ்டிவ் எஃபெக்ட் அடிப்படையில் கட்டப்பட்டுள்ளது. பெரும்பாலான MEMS காந்த அளவீடுகள் ஹால் விளைவைப் பயன்படுத்துகின்றன, எனவே காந்தப்புல வலிமையை அளவிட இந்த முறை எவ்வாறு பயன்படுத்தப்படுகிறது என்பதைப் பற்றி விவாதிப்போம். அதற்காக ஒரு கடத்தும் தட்டைக் கருத்தில் கொண்டு, படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி ஒரு பக்கத்தின் முனைகள் ஒரு பேட்டரியுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளன.
எலக்ட்ரான்கள் ஓட்டம் திசையை இங்கே காணலாம், இது எதிர்மறை முனையத்திலிருந்து நேர்மறை முனையம் வரை இருக்கும். இப்போது ஒரு காந்தத்தை கடத்தியின் மேற்பகுதிக்கு அருகில் கொண்டு வந்தால், கடத்தியில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் புரோட்டான்கள் கீழே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி விநியோகிக்கப்படுகின்றன.
நேர்மறை சார்ஜ் கொண்ட புரோட்டான்கள் விமானத்தின் ஒரு பக்கத்தில் சேகரிக்கப்படுகின்றன, அதே நேரத்தில் எதிர்மறை சார்ஜ் கொண்ட எலக்ட்ரான்கள் சரியான எதிர் பக்கத்தில் சேகரிக்கப்படுகின்றன. இந்த நேரத்தில் நாம் ஒரு வோல்ட்மீட்டரை எடுத்து இரு முனைகளிலும் இணைத்தால் நமக்கு ஒரு வாசிப்பு கிடைக்கும். இந்த மின்னழுத்த வாசிப்பு வி 1 மேலே உள்ள கடத்தி அனுபவிக்கும் புல வலிமைக்கு விகிதாசாரமாகும். தற்போதைய மற்றும் காந்தப்புலத்தைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் மின்னழுத்த உற்பத்தியின் முழுமையான நிகழ்வு ஹால் விளைவு என்று அழைக்கப்படுகிறது.
மேலே உள்ள மாதிரியை அடிப்படையாகக் கொண்ட MEMS ஐப் பயன்படுத்தி ஒரு எளிய அமைப்பு வடிவமைக்கப்பட்டால், புல வலிமையை உணர்ந்து, நேரியல் விகிதாசார மின் வெளியீட்டை வழங்கும் ஒரு டிரான்ஸ்யூசரைப் பெறுவோம்.
MEMS கைரோஸ்கோப்
MEMS கைரோஸ்கோப் மிகவும் பிரபலமானது மற்றும் பல பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, விமானங்கள், ஜி.பி.எஸ் அமைப்புகள், ஸ்மார்ட்போன்கள் போன்றவற்றில் எம்.இ.எம்.எஸ் கைரோஸ்கோப்பை நாம் காணலாம். எம்.இ.எம்.எஸ் கைரோஸ்கோப் கோரியோலிஸ் விளைவின் அடிப்படையில் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது. MEMS கைரோஸ்கோப்பின் கொள்கையைப் புரிந்துகொள்வதற்கும் செயல்படுவதற்கும், அதன் உள் கட்டமைப்பைப் பார்ப்போம்.
இங்கே S1, S2, S3 & S4 ஆகியவை வெளிப்புற வளையத்தையும் இரண்டாவது சுழலையும் இணைக்கப் பயன்படும் நீரூற்றுகள். S5, S6, S7 & S8 ஆகியவை இரண்டாவது வளையத்தையும் வெகுஜன 'M' ஐ இணைக்கப் பயன்படும் நீரூற்றுகளாகும். படத்தில் உள்ள திசைகளால் காட்டப்பட்டுள்ளபடி இந்த வெகுஜனமானது y- அச்சில் எதிரொலிக்கும். மேலும், இந்த ஒத்ததிர்வு விளைவு பொதுவாக MEMS சாதனங்களில் ஈர்க்கும் மின்னியல் சக்தியைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் அடையப்படுகிறது.
ஓய்வு நிலைமைகளின் கீழ், மேல் அடுக்கு அல்லது கீழே உள்ள இரண்டு தட்டுகளுக்கு இடையிலான கொள்ளளவு ஒரே மாதிரியாக இருக்கும், மேலும் இந்த தட்டுகளுக்கு இடையில் தூரத்தில் மாற்றம் ஏற்படும் வரை அது அப்படியே இருக்கும்.
இந்த அமைப்பை சுழலும் வட்டில் ஏற்றினால், கீழே காட்டப்பட்டுள்ளபடி தட்டுகளின் நிலையில் ஒரு குறிப்பிட்ட மாற்றம் இருக்கும் என்று வைத்துக்கொள்வோம்.
அமைக்கப்பட்டிருப்பது சுழலும் வட்டில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி நிறுவப்பட்டதும், அமைப்பினுள் வெகுஜன ஒத்ததிர்வு உள் அமைப்பில் இடப்பெயர்வை ஏற்படுத்தும் சக்தியை அனுபவிக்கும். இந்த இடப்பெயர்ச்சி காரணமாக எஸ் 1 முதல் எஸ் 4 வரையிலான நான்கு நீரூற்றுகளும் சிதைக்கப்பட்டிருப்பதைக் காணலாம். சுழலும் வட்டில் திடீரென வைக்கப்படும் போது வெகுஜனத்தை எதிரொலிப்பதன் மூலம் அனுபவிக்கும் இந்த சக்தியை கோரியோலிஸ் விளைவு விளக்கலாம்.
சிக்கலான விவரங்களை நாம் தவிர்த்துவிட்டால், திடீரென திசையில் மாற்றம் ஏற்படுவதால் உள் அடுக்கில் இடப்பெயர்ச்சி இருப்பதாக முடிவு செய்யலாம். இந்த இடப்பெயர்ச்சி கீழ் மற்றும் மேல் அடுக்குகளில் உள்ள மின்தேக்கி தகடுகளுக்கு இடையிலான தூரத்தையும் மாற்றுவதற்கு காரணமாகிறது. முந்தைய எடுத்துக்காட்டுகளில் விளக்கப்பட்டுள்ளபடி தூரத்தின் மாற்றம் கொள்ளளவு மாறுகிறது.
சாதனம் வைக்கப்பட்டுள்ள வட்டின் சுழற்சி வேகத்தை அளவிட இந்த அளவுருவைப் பயன்படுத்தலாம்.
பல MEMS சாதனங்கள் MEMS தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன, அவற்றின் எண்ணிக்கையும் ஒவ்வொரு நாளும் அதிகரித்து வருகிறது. ஆனால் இந்த சாதனங்கள் அனைத்தும் வேலை மற்றும் வடிவமைப்பில் ஒரு குறிப்பிட்ட ஒற்றுமையைக் கொண்டுள்ளன, எனவே மேலே குறிப்பிட்டுள்ள சில எடுத்துக்காட்டுகளைப் புரிந்துகொள்வதன் மூலம் மற்ற ஒத்த MEMS சாதனங்களின் செயல்பாட்டை நாம் எளிதாக புரிந்து கொள்ள முடியும்.