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 enemmänOrganisaatiot ja tekijät
Julkaisutyyppi
Julkaisumuoto
Artikkeli
Emojulkaisun tyyppi
Lehti
Artikkelin tyyppi
Alkuperäisartikkeli
Yleisö
TieteellinenVertaisarvioitu
VertaisarvioituOKM:n julkaisutyyppiluokitus
A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessäJulkaisukanavan tiedot
Volyymi
383
Artikkelinumero
116252
ISSN
Julkaisufoorumi
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