VTT Uutta | Uutiset 2005

17.2.

VTT on kehittänyt uusia mikromekaniikkaan perustuvia tarkkuusmittausantureita

VTT on kehittänyt ensimmäisenä maailmassa aivan uuden tavan valmistaa sähköisiä tarkkuusantureita. VTT:n menetelmällä syntyneet uudet anturit mahdollistavat MEMS (Micro Electro Mechnical Systems) antureiden soveltamisen tarkoissa mittauksissa. Parantuneen tarkkuuden ansiosta MEMS-teknologiaa voidaan nyt soveltaa kokonaan uusiin kohteisiin sekä laajentaa olemassa olevien antureiden sovellutusalueita. Esimerkiksi MEMS pohjaisia kiihtyvyys sekä kulmanopeusantureita voidaan soveltaa nykyistä paremmin inertiapaikannuksessa.

VTT on keksinyt uuden tavan valmistaa mikromekaanisista MEMS-antureista entistä parempia. Uusi tapa parantaa mikrokomponenttien valmistuksessa esiintyneet ongelmia. MEMS-anturien vahvuuksia ovat niiden pieni tehonkulutus ja integroitavuus elektroniikkaan. Muutaman millimetrin kokoisia antureita voidaan käyttää mitä erilaisimmissa mittausalan sovelluksissa. Tämä on täysin uusi ja innovatiivinen idea, joka on synnyttänyt uuden tutkimusalueen metrologiaan eli mittaustekniikkaan. Menetelmällä saatiin esimerkiksi VTI Technologyn kiihtyvyysanturista entistä pienempi, tarkempi ja edullisempi. Massatuotannon ansiosta yhden MEMS-komponentin hinta voi laskea jopa alle euron. Uusi kiihtyvyysanturisukupolvi on siirtymässä tuotantoon 2006.

VTT koordinoi mikromekaanisia MEMS-antureita ja valmistusmenetelmiä kehittävää eurooppalaista nyt päättymässä olevaa hanketta EMMA (ElectroMechanical Microcomponents for precison Applications). VTT:n menetelmällä kehitettiin myös kokonaan uusia mikromekaanisia komponetteja. Hankkeen tuloksena syntyi DC-jännitereferenssi, AC-jännitereferenssi ja mikroaaltoalueen tehoanturi. VTT on myös tehnyt patenttihakemukset kehittämiinsä antureihin liittyen. AC- ja DC-jännitereferenssit ovat keskeisiä komponentteja digitaalisissa yleismittareissa, kalibraattoreissa, data loggereissa jne. Näiden instrumenttien tarkkuus ja hinta määräytyvät pitkälti jännitereferenssien ominaisuuksien perusteella. Ensimmäistä kertaa maailmassa on pystytty kehittämään laajalla taajuusalueella toimiva AC-referenssi. Sen tarkkuus on riittävä useaan metrologiseen sovellukseen.

Mikroaltotehoanturi poikkeaa oleellisesti olemassa olevista rf-tehoantureista siinä, että se mittaa siirtolinjassa kulkevaa tehoa vaimentamatta sitä. Se voidaan asentaa signaalilinjan keskelle toisin kuin nykyiset diodeihin tai termomuuntimiin perustuvat anturit, jotka vaimentavat merkittävästi mitattavaa tehoa. Mikroaaltoalueen tehoanturi on herättänyt erittäin paljon mielenkiintoa, ja sille on helppo keksiä lukuisia sovelluksia paitsi perinteisissä testaus- ja mittauskäytössä myös esimerkiksi matkapuhelimien tukiasemien tehon mittauksessa. Nopeasti lisääntyneet rf-sovellukset ovat luoneet yhä kasvavan tarpeen kontrolloida rf-tehotasoja sekä kustannus- että terveydellisistä syistä.

Yhteistä näille uusille antureille on stabiilien mikromekaanisten valmistusmenetelmien kehittäminen sekä piissä esiintyvien epästabiilisuusilmiöiden saaminen hallintaan, mihin näiden anturien kehitys perustuu. Tällä tarkoitetaan komponentin sähköisten ja mekaanisten epästabilisuusilmiöiden saamista hallintaan erilaisten ympäristömuuttujien, kuten paineen, lämpötilan ja kosteuden, vaikutuksesta.

Tämä mahdollistaa antureiden valmistuskustannusten alentamisen, mikromekaniikan soveltamista tarkkuusmittaustekniikkaan sekä avaa MEMS-antureille aivan uusia sovellusmahdollisuuksia.

VTT:n koordinoimaa EMMA-hanketta ovat rahoittaneet EU, VTT ja Tekes. Hankkeeseen ovat osallistuneet VTT:n ja VTI Technologyn lisäksi MIKES Suomesta, Fluke Precision Measurement Ltd. Englannista, University of Twente Hollannista, Physikalisch-Technische Bundesanstalt Saksasta ja Netherlands Meetinstitut  Alankomaista. Hankkeen tuloksista hyötyvät mahdollisesti myös esimerkiksi Nokia (hf-anturin osalta) ja Agilent (jännitereferenssien ja hf-anturin osalta).

Lisätietoja:
VTT Tietotekniikka
Anu Kärkkäinen, projektipäällikkö
Puh. 020 722 4377
anu.karkkainen@vtt.fi

Heikki Seppä, tutkimusprofessori
Puh. 020 722 6419
heikki.seppa@vtt.fi

http://www.vtt.fi/tte/research/tte7/research/emma/


Uutta | Uutiset 2005

VTT