본 논문에서는 Ta-N 스트레인게이지를 이용한 극한 환경용 세라믹 박막형 압력센서의 제작 및 특성에 관하여 연구하였다. 압력감지부로 Ta-N 스트레인게이지를 사용하였으며, SDB(Si-wafer Direct Bonding)와 전기화학적 식각정지법을 이용하여 매몰 cavity를 가지는 저가격 고수율의 Si 박막 다이어프램을 제작하였다. 또한, 실리콘 박막 다이어프램상에 박막형 스트레인게이지를 형성하여 세라믹 박막형 압력센서를 제작하였다. 제작된 세라믹 박막형 압력 센서는 기존의 스트레인 게이지를 이용한 로드셀에 비해서 온도특성이 우수하고 재현성, 소형화, 집적화 및 저가격화가 가능하기 때문에 고온, 고압 등의 각한 환경에서도 사용이 가능할 것으로 기대된다.
This paper describes on the fabrication and characteristics of a metal thin-film pressure sensor based on Cr strain-gauges for harsh environment applications. The Cr thin-film strain-gauges are sputter-deposited onto a micromachined Si diaphragms with buried cavity for overpressure protectors. The proposed device takes advantages of the good mechanical properties of single-crystalline Si as diaphragms fabricated by SDB and electrochemical etch-stop technology, and in order to extend the operating temperature range, it incorporates relatively the high resistance, stability and gauge factor of Cr thin-films. The fabricated pressure sensor presents a low temperature coefficient of resistance, high-sensitivity, low non-linearity and excellent temperature stability. The sensitivity is 1.097~1.21 $mV/V{\cdot}kgf/cm^2$ in the temperature range of $25{\sim}200^{\circ}C$ and the maximum non-linearity is 0.43 %FS.
There are many ways to detect the heart rate non-invasively such as ECG, PPG, strain gauge, and pressure sensor. In this paper, the pulse wave measurement system using bipolar biased head on mode of the Hall sensor is proposed for measuring the radial artery pulse. TMS320F2812 was used to implement the proposed system and a portable wireless network(zig-bee) was used to show the experimental result. It was confirmed from experiment that the performance of the implemented system was more stable and faster than PPG sensor or piezoelectric film pressure sensor.
This paper reports on the fabrication process and characteristics of a ceramic thin-film pressure sensor based on Ta-N strain-gauges for harsh environment applications. The Ta-N thin-film strain-gauges are sputter-deposited on a thermally oxidized micromachined Si diaphragms with buried cavities for overpressure tolerance. The proposed device takes advantage of the good mechanical properties of single-crystalline Si as a diaphragm fabricated by SDB and electrochemical etch-stop technology, and in order to extend the temperature range, it has relatively higher resistance, stability and gauge factor of Ta-N thin-films more than other gauges. The fabricated pressure sensor presents a low temperature coefficient of resistance, high-sensitivity, low non-linearity and excellent temperature stability. The sensitivity is 1.21 ~ 1.097 mV/V.kgf/$\textrm{cm}^2$ in temperature ranges of 25~ $200^{\circ}C$ and a maximum non-linearity is 0.43 %FS.
Strain gauge type load cell is used widely as weight sensor. However, it has problems such as noise, power consumption, high cost and big size. Semiconductor type piezoresistive pressure sensor is practically used in recent for low hysteresis, good linearity, small size, light weight and strong on vibration. In this paper, we have fabricated the piezoresistive pressure sensor and packaged the miniature weight sensor. We packaged the miniature weight sensor by flip-chip bonding between die and PCB for durability, because the weight sensor is directly contacted on a physical solid distinct from air and oil pressure. We measured the characteristics of the weight sensor, which had the output of $10{\sim}80$ mV on the weight range of $0{\sim}2$ kg. In the result, we could fabricate the weight sensor with an accuracy of 3 %FSO linearity.
Tactile sensors have widely been researched in the areas of electronics, robotic system and medical tools for extending to the form of bio inspired devices that generate feeling of touch mimicking those of humans. Recent efforts in adapting the tactile sensor have included the use of novel materials with both scalability and high sensitivity [1]. Graphene, a 2-D allotrope of carbon, is a prospective candidate for sensor technology, having strong mechanical properties [2] and flexibility, including recovery from mechanical stress. In addition, its truly 2-D nature allows the formation of continuous films that are intrinsically useful for realizing sensing functions. However, very few investigations have been carrier out to investigate sensing characteristics as a device form with the graphene subjected to strain/stress and pressure effects. In this study, we present a sensor of vertical forces based on single-layer graphene, with a working range that corresponds to the pressure of a gentle touch that can be perceived by humans. In spite of the low gauge factor that arises from the intrinsic electromechanical character of single-layer graphene, we achieve a resistance variation of about 30% in response to an applied vertical pressure of 5 kPa by introducing a pressure-amplifying structure in the sensor. In addition, we demonstrate a method to enhance the sensitivity of the sensor by applying resistive single-layer graphene.
Cu-Ni thin film strain gauges for diaphragm-type pressure sensors were developed. Thin films of Cu-Ni alloys of various compositions were deposited onto glass and stainless steel substrates by RF magnetron sputtering. The effects of composition substrate temperature Ar partial pressure and aging on the electrical properties of Cu-Ni film strain gauges in the thickness range 500~2000$\AA$ are discussed. The maximum resistivity(95.6 $\mu$$\Omega$cm) is obtained from 53wt%Cu-47wt%Ni films while the temperature coefficient of resistance(TCR) becomes minimum(25.6ppm/$^{\circ}C$). The gauge factor is about 1.9.
Development of pressure sensors for harsh environments with high pressure, humidity, and temperature is essential for many applications in the aerospace, marine, and automobile industries. However, existing materials such as polymers, adhesives, and semiconductors are not suitable for these conditions and require materials that are less sensitive to the external environment. This study proposed a pressure sensor that could withstand harsh environments and had high durability and precision. The sensor comprised a piezoresistor pattern and an insulating film directly formed on a stainless-steel membrane. To achieve the highest sensitivity, a pattern design method was proposed that considered the stress distribution in a circular membrane using finite element analysis. The manufacturing process involved depositing and etching a dielectric insulating film and metal piezoresistive material, resulting in a device with high linearity and slight hysteresis in the range of a maximum of 40 atm. The simplicity and effectiveness of this sensor render it a promising candidate for various applications in extreme environments.
This paper presents a high-performance flexible tactile sensor based on inorganic silicon flexible electronics. We created 100 nm-thick semiconducting silicon ribbons equally distributed with 1 mm spacing and $8{\times}8$ arrays to sense the pressure distribution with high-sensitivity and repeatability. The organic silicon rubber substrate was used as a spring material to achieve both of mechanical flexibility and robustness. A thin copper layer was deposited and patterned on top of the pressure sensing layer to create a flexible temperature sensing layer. The fabricated tactile sensor was tested through a series of experiments. The results showed that the tactile sensor is capable of measuring pressure and temperature simultaneously and independently with high precision.
본 논문에서는 탄소나노튜브 전왜성 복합소재(Nano-Carbon Piezoresistive Composite, NCPC)를 기반으로 하며, 3D 프린팅 공정을 활용하여 제작된 압력센서의 개발 진행 연구를 소개하였다. 압력센서의 성능을 향상시키기 위하여 센서전극을 외팔보 형태로 설계하였고 3D 프린팅 공정을 활용하여 소형전극을 제작하였다. 압력을 전기적 저항의 변화로 바꾸는 전왜성 센서의 전극은 2wt%의 다중벽 탄소나노튜브/에폭시 전왜성 복합소재로 제작하였다. 센서는 압력시스템에 용이하게 적용하기 위하여 파이프 플러그 캡에 삽입하여 제작을 하였으며, 실험실 환경에서 압력교정기를 활용하여 실험을 하였다. 외팔보 전극의 압력센서는 16,500kPa까지 선형적인 출력전압 특성을 보였으며, 이는 벌크형 전극의 압력센서 대비 약 200% 압력측정 성능 향상을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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