MEMS based ultrasonic gas sensor with universal sensing capability

Gaz sensörleri can güvenliği, süreç denetimi ve hava kalitesi ölçümlerinde kilit bir teknolojidir. Günümüzde kullanılan sensör teknolojilerinin çoğu, belli bir gazı ölçmek için özel tasarlanmalıdır, örneğin kimyasal olarak aktif tabakalar veya belli gazları ölçebilen optik sensörler kullanılmaktadır. Bu sensörler esneklik pahasına çok iyi hassasiyet sağlamaktadır. Akustik sensörler ise daha düşük hassasiyette evrensel bir ölçüm tekniği vaat etmektedir. Bilinen bir oyukta rezonans kullanılarak ses hızı ölçülür ve gaz derişimi tahmin edilir. Bu çalışmada, MEMS tabanlı bir akustik gaz sensörü kavram kanıtlama aşamasında gösterilmektedir. Literatürdeki dikey oyuklara kıyasla daha az yer kaplayan yatay bir oyuk kullanılmıştır. Halihazırda var olan CMUT/PMUT teknolojisine nazaran çevirgeç olarak elektriksel olarak akort edilebilir ve düzlem içi titreşen rezonatörler tercih edilerek üretim sadeleştirilmiştir. Tasarlanan sensör özgün bir SOI-MEMS süreci kullanarak imal edilmiştir, akustik oyuk ise silisyumdan üretilmiştir. İşlev sırasında bir rezonatör oyuğu titreştirirken diğer rezonatör tepkiyi denetlemektedir. Rezonatörlerin akortmanı değiştirilirken frekans taraması yapılarak cihaz tepkisinin özellikleri saptanmıştır. Farklı rezonatör akortmanlarıyla alınan ölçümler üst üste yerleştirildiğinde oyuğun tepkisi görülebilmektedir. Oyuksuz yapılan testler ise parazitik etkilerin elenmesini sağlamaktadır. Cihazın uygunluğu hava içinde test edilmiştir. Literatürle ve dış ölçümlerle tutarlı bir şekilde havadaki ses hızı 342 m/s olarak ölçülmüştür. Kalite faktörünün de ölçülebilmesinin gaz karışımlarında hassasiyeti arttırabileceği öngörülmektedir.