どのように配置されているか教えてください。
写真Saroj Regmi / CC BY
なぜこのようなセンサーが必要なのですか
超音波は、例えば超音波などの病気の診断に積極的に使用されています。 従来の超音波装置では、エミッターとレシーバーは圧電結晶で作られています。 それらに交流電荷が印加されると、機械的振動が発生します。 振動は、人間の聴覚の外側にある高周波音波を作成します。
これらの波は、音響インピーダンスの高い表面から反射されます。 圧電素子はこれらの反射を記録し、モニター画面上に物体の画像を形成することを可能にします。 ただし、このようなシステムには、低解像度という重要な欠点があります。 彼らの助けを借りて、内臓の詳細な画像を取得できますが、単一の細胞を登録することはできません。
オーストラリアのクイーンズランド大学の研究者は、この問題を解決することを約束しました。 彼らは、細胞や空気分子の動きさえも検出できる高感度センサーを開発しました。
発明の仕組み
従来の圧電素子とは異なり、センサーは音波を発しません。 学習対象または周囲の空気からの放射のみをピックアップします。 直径148ミクロン、厚さ1.8ミクロンのシリコンディスクが、波を記録します。 形状は、4本スポークの自転車の車輪に似ています。 音波がそのようなディスクに当たると、共振が発生し、信号が増幅されます。
シリコンディスクの中心には、光共振器のカメラに接続する薄いスタンドがあります。 定在波がこのカメラを通過します。 音の影響下でディスクの振動に反応し、その形状を変化させます。 これらの変化は、光検出器によって記録されます。光検出器は、光キャビティにも配置されています。 センサーが受信した情報により、調査対象のオブジェクトの形状を判別できます。
長所と短所
開発者は、新しいセンサーが80 kHz〜1 MHzの周波数で50μPa（約8 dB）の音圧レベルの超音波を認識できることに注目しています。 これは、他の超音波センサーよりも2桁優れています。 エンジニアによると、このデバイスはより高い周波数の音響振動を拾うことができますが、実験中にそのような波は空中であまりに速く減衰し、センサーに到達する時間がありませんでした。
新しいセンサーにより、最小の生物を非接触で研究することができます。 通常、バクテリアやウイルスは検査のために環境から除去され、顕微鏡下に置かれます。これにより、それらの行動が変化する可能性があります。 新しい技術の助けを借りて、単細胞は、空気や土壌など、彼らが住んでいる場所ですぐに研究することができます。
センサーにはいくつかの欠点があります。 1つ目は、デバイスのディスクスタンドが音圧から隔離されていないことです。 この機能のため、センサーは800 KHzを超える周波数をさらに拾います。ディスクの下のスペースには、ノイズレベルを増加させる追加の共振があります。 一部の周波数では、50％に達する可能性があります。
写真リー・マグワイア / CC BY
2つ目の欠点は、ディスクの表面が不均等に信号を受信することです。 そのさまざまな部分で、機械的共振は狭い周波数範囲の影響下でのみ発生します。 「聞きたい」音の周波数が不明な場合、それを検出することは困難です。
デバイスアナログ
センサーの最初のアナログは圧電センサーであり、最初に説明しました。 明らかに、圧電センサーの主な欠点は感度が低いことです。 しかし、この問題を解決するために、すでにいくつかの技術があります。 たとえば、センサーの金属表面は、振動の影響を受けやすいナノファイバーに置き換えられます。
また、解像度を高めるために、圧電センサーが水中に配置されます。この技術は、光音響効果に基づいた測定システムで使用されます。 非線形効果の発生により、液体媒体はデバイスで形成される音の振動を強化し、波の検出を簡素化します。
別のタイプのセンサー-オプトメカニカルセンサーは、光を使用してオブジェクトの形状を調べることができます。 レーザー光源と機械的共振器は、光信号の変化が最小の薄いプレート上で組み合わされます。 これらの振動は、光検出器によって追跡されます。
オプトメカニカル感度のセンサーは、超音波に匹敵し、個々の分子を検出できます。 ただし、光の波長より小さい物体を認識することはできません。
専門家は、将来、敏感な超音波（およびオプトメカニカル）センサーがスマートホームでの用途を見つけ、そこでガス漏れ検出システムの一部になると指摘しています。
追加の読み物-テレグラムチャンネルと「Hi-Fi World」から：
ワイヤー上の音：電信の歴史
音楽的な快感消失、または誰もが音楽を愛していない
トラウトニウム：シンセサイザーの歴史におけるドイツの波
DACについて知る必要があるすべて