Вакуумные датчики — это сердце высокотехнологичных производств: от микрочипов до космических аппаратов. Но у современных сенсоров есть проблема: чем шире диапазон измерений, тем ниже точность, и наоборот. Китайские ученые нашли решение — создали микроскопический датчик, который сочетает оба параметра.

Результаты опубликованы в издании Microsystems & Nanoengineering.

В основе разработки — двойной резонатор со слабой связью (WCR). Он переключается между двумя режимами в зависимости от давления. При низком вакууме (до 1000 Па) датчик работает в режиме «локализованных мод», улавливая малейшие изменения жесткости через колебания амплитуды. Чувствительность — до 30 000 ppm/Па, разрешение — 0,1 Па. При высоком давлении (от 1000 Па до 100 000 Па) переходит на классический резонансный режим, где измеряет частоту. Точность сохраняется, а погрешность не превышает 2 Па.

Слабоcвязанный резонатор (WCR) — это пара микроскопических «камертонов» на одном чипе, которые колеблются почти независимо, но влияют друг на друга. Малейшие изменения среды (например, давления) смещают их синхронность, что позволяет фиксировать даже сверхмалые воздействия.

Конструкция проста: два Н-образных резонатора на гибкой мембране, заключенные в вакуумную камеру размером всего 27,2 мм³. Датчик не боится перепадов температуры (-20°C до +120°C), почти не «дрейфует» со временем и не зависит от типа газа.

Почему это важно

• Заменяет громоздкие гибридные системы одним чипом.
• Подходит для жестких условий — от вакуумных камер до космоса.

Наш датчик умный и универсальный, — говорит профессор Ван Цзюньбо. — Он компактный, точный и масштабируемый. Таких возможностей у современных ваткуумных сенсоров просто нет.

Этот датчик сократит затраты в полупроводниковой промышленности: один компактный модуль заменит несколько громоздких приборов. В космосе его малый размер и устойчивость к температурам позволят точнее контролировать давление в отсеках зондов. Для науки — это шаг к миниатюризации лабораторного оборудования без потери точности.

Исследование не раскрывает долговечность датчика при циклических нагрузках. Вакуумные системы часто работают в режиме «нагрев-остывание», а усталость материалов — ключевая проблема MEMS. Без данных о деградации резонаторов через тысячи циклов трудно говорить о надежности для промышленности.

Ранее ученые разработали новый метод промышленной печати. У новинки нет слабых мест.