mems y nems sensores de fluidos
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MEMS Y NEMS Sensores de fluidos, flujos de presin y viscosidad
Alvaro Javier Balsero James Ochoa
Nanotecnologa II
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Introduccin
Tecnologas de pelcula delgada permiten la integracin
de circuitos electrnicos y matrices de sensores multifuncionales fabricados en sustrato de silicio.
Funcionan como sensores mltiples por ejemplo el sentido del tacto agrupa sensaciones de temperatura, presin, viscosidad de lquidos, adems de disponer de un mecanismo de retroalimentacin y de memoria.
Poseen una alta relacin seal ruido en un gran rango dinmico, tambin presentan buena sensibilidad.
La tcnica como silicon-to-silicon y silicon-to-glass es la que se suele emplear permitiendo la realizacin de sensores.
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Sensor
Un sensor es un "dispositivo que detecta una determinada accin externa, temperatura, presin, etc. Y la transmite adecuadamente".
Existen diversos tipos de sensores, los que nos interesan son los que permiten medir cualquier magnitud fsica del mundo real y transformarla en una magnitud elctrica (corriente, carga, tensin o impedancia).
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Sensores de flujo
Los sensores de flujo tambin son de caractersticas y fundamentos muy diversos, ya que varan bastante en funcin del tipo de flujo que se quiere medir. Un caso muy partculas son los sensores de flujo basados en presin diferencial, que miden presin en un orificio. Existen sensores de flujo basados en sistemas resonantes. As mismo algunos sensores miden flujo turbulento, este tipo de sensores estn en general formados por palancas.
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Sensores de flujo basados en
presin diferencial
Un transmisor de presin diferencial es un dispositivo bsico para medir flujo, nivel y deteccin de fugas.
Es decir, es un dispositivo fundamental en el rea de la automatizacin.
El sensor de presin diferencial tiene la misma configuracin que los sensores de presin relativa y absoluta, donde las presiones de referencia son la presin atmosfrica y la presin cero absoluto. Para el caso del sensor de presin diferencial, la presin de referencia se sustituye por un nuevo valor de presin.
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Sensores de flujo basados en
presin diferencial
La figura 1 muestra la configuracin interna de un sensor de presin diferencial piezo-resistivo. En esta figura se observan los dos puertos de entrada de presin P1 y P2, y el elemento sensor piezo-resistivo fabricado sobre una membrana de silicio protegido por un gel de silicona.
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Tipos de sensores diferenciales
Sensor de presin diferencial unidireccional
El sensor de presin unidireccional mide presiones diferenciales en un nico sentido. Esto quiere decir que un puerto de entrada determinado siempre debe estar expuesto a la mayor presin y por tanto, solo se puede utilizar, cuando se conoce a priori cual es la presin ms alta a medir. La presin diferencial para este tipo de sensor est dada por la ecuacin. La deflexin de la membrana de un sensor de presin diferencial unidireccional.
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Tipos de sensores diferenciales
Sensor de presin diferencial unidireccional.
Sensor de presin diferencial bidireccional.
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Tipos de sensores diferenciales
Sensores de flujo basados en sistemas resonantes
Las estructuras resonantes basadas en mono-cristales de silicio se prestan bien a la realizacin de circuitos integrados. En sensores se emplean tanto osciladores armnicos como de relajacin.
En los armnicos hay una energa almacenada que cambia de una u otra forma de almacenamiento, por ejemplo de energa cintica en el movimiento de una masa a energa potencial en la tensin de un muelle.
En los de relajacin hay una nica forma de almacenamiento, y la energa almacenada se disipa peridicamente mediante algn mecanismo de puesta a cero.
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Tipos de sensores diferenciales
Dispositivos resonantes, elaboradas con Tcnica de mecanizado basada en oblea de silicio SIO y obleas pegadas.
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APLICACIONES
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Sensor micro electromecnico para monitoreo de presin arterial
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Sensor micro electromecnico para monitoreo de presin arterial
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El Sensor no es mayor que el tamao de una moneda de diez centavos, con dos bucles delgados en cada extremo.
Este sensor no tiene ningn batera o cable. El sensor se coloca en la arteria pulmonar (el vaso
sanguneo que lleva la sangre desde el corazn a los pulmones).
El sensor est sellado hermticamente, cpsula que contiene una bobina de inductor y la presin del condensador sensible.
La bobina de inductor y condensador sensible a la presin crean un circuito resonante a una frecuencia especfica. La presin de la sangre afecta a la frecuencia de resonancia, de modo que cuando hay cambios de la presin arterial hay cambios de frecuencia de resonancia. El sistema de medicin externo rastrea de forma inalmbrica la frecuencia de resonancia y la utiliza para determinar la presin en la arteria pulmonar.
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Existen diferentes tamaos de empresas con importantes programas para sensores MEMS. Las empresas ms grandes se especializan en la fabricacin de componentes de bajo costo alto volumen o paquetes de soluciones para los mercados finales como el automotriz, biomedicina, y electrnica.
Uno de los mayores problemas de los sensores MEMS es la
ausencia de micro fuentes de energa con alta densidad de corriente, potencia y capacidad elctrica.
Conclusiones