undefined

Real-time frequency matching circuit for a high sensitivity cMUT-based gas flow sensor

Julkaisuvuosi

2025

Tekijät

Pernu, Tapio; Saarilahti, Jaakko; Sillanpää, Teuvo

Tiivistelmä

This paper presents a comprehensive study on a low-cost, real-time frequency matching circuit for a high sensitivity gas flow sensor based on cMUTs (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer). The gas flow sensor is designed with a focus on the mechanical resonance of the moving membrane. It measures gas velocity using the differential transit time method. Custom cMUTs with a resonance frequency of 2.44 MHz were designed and fabricated. The fabrication process involves a 7-step lithography process with thin-film surface micro-machining technology. The frequency matching circuit, implemented around a microcontroller, uses conductance measurement and bias voltage sweeping to match resonance frequencies of two cMUTs to the excitation frequency. The flow sensor was tested over a full-scale range with air flow of ± 50 standard cubic centimeters per minute (sccm), showing a maximum flow error within 0.8 % of the full-scale (FS), demonstrating the state-of-the-art sensitivity of cMUT-based gas flow sensors in the literature. The real-time frequency matching circuit significantly reduces zero-flow drift over a temperature range of 0–50 °C, from 1.3 % FS to 0.3 % FS. The sensor offers high accuracy and low-cost advantages for ultrasound-based gas flow measurement applications.
Näytä enemmän

Organisaatiot ja tekijät

Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy

Saarilahti Jaakko

Pernu Tapio

Sillanpää Teuvo

Julkaisutyyppi

Julkaisumuoto

Artikkeli

Emojulkaisun tyyppi

Lehti

Artikkelin tyyppi

Alkuperäisartikkeli

Yleisö

Tieteellinen

Vertaisarvioitu

Vertaisarvioitu

OKM:n julkaisutyyppiluokitus

A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä

Julkaisukanavan tiedot

Volyymi

383

Artikkelinumero

116252

Julkaisu­foorumi

67021

Julkaisufoorumitaso

1

Avoin saatavuus

Avoin saatavuus kustantajan palvelussa

Kyllä

Julkaisukanavan avoin saatavuus

Osittain avoin julkaisukanava

Kustantajan version lisenssi

CC BY

Rinnakkaistallennettu

Ei

Muut tiedot

Tieteenalat

Sähkö-, automaatio- ja tietoliikennetekniikka, elektroniikka

Avainsanat

[object Object],[object Object],[object Object]

Kieli

englanti

Kansainvälinen yhteisjulkaisu

Ei

Yhteisjulkaisu yrityksen kanssa

Ei

DOI

10.1016/j.sna.2025.116252

Julkaisu kuuluu opetus- ja kulttuuriministeriön tiedonkeruuseen

Kyllä