(57)【要約】  移動電極上の動きに対して最小の力および抵抗を加える動的容量性センサ構成が開示される。移動電極は、任意のレベルのコンプライアンスにもかかわらず、引き込みの不安定性などの大きいバイアス電圧の悪影響を回避する。この構成により、動きに対して最小限の抵抗を呈する、高度にコンプライアントかつ薄い電極材料の組み込みが容易になる。このタイプの材料は、音を感知するのに特に役立つ。大きいバイアス電圧、例えば４００Ｖは、その動きに影響を与えることなく印加することができる。音に対する電気的感度は高く、例えば、約０．５ボルト／パスカルであり、典型的な音響センサよりも２桁大きい。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量性センサであって、
少なくとも１つの空間ギャップによって互いに隔離された少なくとも２つの導体であって、各それぞれの導体が、前記少なくとも２つの導体および前記少なくとも１つの空間ギャップに近接する領域を占有する静電界と相互作用して、前記静電界の摂動に電気的に応答する、少なくとも２つの導体と、
感知された条件に選択的に応答して前記空間ギャップに交差する方向成分を有し、かつ移動に対応する前記静電界を摂動させる変位軸に沿って移動するように構成されている変位可能な要素であって、前記変位可能な要素の前記移動の範囲にわたって、前記静電界が、前記感知された条件に対する前記変位可能な要素の応答性を実質的に改変しないか、または引き込みの不安定性を引き起こさない、変位可能な要素と、を備える、容量性センサ。
【請求項２】
前記少なくとも２つの導体が、線形空間ギャップによって分離された固定導体対を備え、前記固定導体対の各々が、それぞれの電位において維持されて、前記固定導体対の前記それぞれの電位間の差に応じて、前記線形空間ギャップにわたって方向付けられた主要な電界ベクトル成分を有する、前記固定導体対の上の空間内に前記静電界を生成し、
前記変位可能な要素が、前記線形空間ギャップにわたって方向付けられたベクトル成分を有する前記変位軸を伴って構成されている帯電要素を備え、その結果、前記静電界によって前記変位可能な要素に加えられる力が、前記感知された条件に応答する前記変位可能な要素の変位の状態に不感応性である、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項３】
前記変位可能な要素が、カンチレバーで支持されたダイアフラムを備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項４】
前記変位可能な要素が、少なくとも１つのエッジ上で支持されていない、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項５】
前記変位可能な要素が、対向するエッジにおいて支持されているダイアフラムを備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項６】
前記変位可能な要素が、有孔ダイアフラムを備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項７】
前記変位可能な要素が、中実のダイアフラムを備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項８】
前記変位可能な要素が、金属化されたポリマーダイアフラムを備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項９】
前記変位可能な要素が、約１０μｍ未満の厚さを有するダイアフラムを備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項１０】
前記変位可能な要素が、約７．５μｍ未満の厚さを有するダイアフラムを備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項１１】
前記変位可能な要素が、約５μｍ未満の厚さを有するダイアフラムを備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項１２】
前記変位可能な要素が、ファイバを備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項１３】
前記変位可能な要素が、ファイバメッシュを備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項１４】
前記変位可能な要素が、ファイバマットを備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項１５】
前記変位可能な要素が、金属化されたエレクトロスピニングされたファイバを備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項１６】
前記変位可能な要素が、中実の境界要素を有するファイバメッシュを備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項１７】
前記変位可能な要素が、カーボンナノチューブを備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項１８】
前記変位可能な要素が、グラフェンを備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項１９】
前記変位可能な要素が、シリコンを備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項２０】
前記変位可能な要素が、窒化シリコンを備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項２１】
前記変位可能な要素が、金属化されている、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項２２】
前記変位可能な要素が、ドープされた半導体を備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項２３】
前記変位可能な要素が、エレクトレットを備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項２４】
前記変位可能な要素が、単一の軸に沿った振動に応答して偏向するように構成されている、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項２５】
前記変位可能な要素が、２つの軸に沿った振動に応答して偏向するように構成されている、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項２６】
前記少なくとも２つの導体が、同一平面上にある、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項２７】
前記少なくとも２つの導体が、少なくとも３つの導体を備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項２８】
前記変位可能な要素が、ダイアフラムを備え、前記少なくとも２つの導体は、前記ダイアフラムと前記少なくとも２つの導体のいずれかとの間の電圧差が、移動の前記軸に対して前記ダイアフラムの有効剛性を実質的に偏向または改変しないように一緒に構成されている、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項２９】
前記変位可能な要素の前記移動の間に誘導される電荷再分布を決定するように構成されている、導電性表面の少なくとも二対の各々と電気的に通信する電極のセットをさらに備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項３０】
各それぞれの導電性表面から出力信号を発生するように構成されているそれぞれのトランスインピーダンス増幅器をさらに備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項３１】
前記変位可能な要素が、微細加工されたシリコンを備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項３２】
前記変位可能な要素が、発振するように構成されている、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項３３】
環境ポートから前記変位可能な要素の片側までの流体媒体のための画成された経路を選択的に提供するように構成されているハウジングをさらに備える、請求項３２に記載の容量性センサ。
【請求項３４】
環境ポートの対の各々からの流体媒体から前記変位可能な要素のそれぞれの側までの画成された経路のセットを選択的に提供するように構成されているハウジングをさらに備える、請求項３２に記載の容量性センサ。
【請求項３５】
前記変位可能な要素が、前記センサの移動に近似する移動を有する、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項３６】
前記変位可能な要素が、外力に対応する移動を有する、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項３７】
前記変位可能な要素が、回転レートに対応する移動を有する、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項３８】
前記変位可能な要素が、生物学的プロセスに対応する移動を有する、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項３９】
前記変位可能な要素が、空気力学的プロセスに対応する移動を有する、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項４０】
前記変位可能な要素が、化学的プロセスに対応する移動を有する、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項４１】
前記変位可能な要素と前記導電性表面のうちの少なくとも１つとの間の電位が、少なくとも４００Ｖである、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項４２】
前記変位可能な要素と前記導電性表面のうちの少なくとも１つとの間の電位が、少なくとも２００Ｖである、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項４３】
前記変位可能な要素と前記導電性表面のうちの少なくとも１つとの間の電位が、少なくとも１００Ｖである、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項４４】
前記変位可能な要素と前記導電性表面のうちの少なくとも１つとの間の電位が、少なくとも５０Ｖである、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項４５】
前記変位可能な要素と前記導電性表面のうちの少なくとも１つとの間の電位が、少なくとも２４Ｖである、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項４６】
前記変位可能な要素と前記導電性表面のうちの少なくとも１つとの間の電位が、少なくとも１２Ｖである、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項４７】
前記変位可能な要素と前記導電性の同一平面上の表面のうちの少なくとも１つとの間の電位が、少なくとも５Ｖである、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項４８】
前記変位可能な要素と前記導電性の同一平面上の表面のうちの少なくとも１つとの間の電位が、少なくとも３Ｖである、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項４９】
前記変位可能な要素と前記導電性の同一平面上の表面のうちの少なくとも１つとの間の電位が、少なくとも２Ｖである、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項５０】
前記変位可能な要素と前記導電性の同一平面上の表面のうちの少なくとも１つとの間の電位が、少なくとも１Ｖである、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項５１】
前記導電性表面の各々における電位が、それぞれのトランスインピーダンス増幅器によって接地電位において維持され、一方、電荷の変化が、前記変位可能な要素の移動によって前記それぞれの導電性表面上で誘導される、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項５２】
前記変位可能な要素が、前記ダイアフラムにわたって圧力差を維持するために十分に隔離された両側を有する微細加工されたシリコンダイアフラムを備え、それぞれの環境ポートから、前記微細加工されたシリコンダイアフラムのそれぞれの側までの流体媒体のための少なくとも１つの経路を選択的に画成して、前記微細加工されたシリコンダイアフラムの前記それぞれの側の圧力を選択的に改変するように構成されているハウジングをさらに備える、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項５３】
前記変位可能な要素が、慣性状態の変化に動的に応答する移動を有する、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項５４】
前記変位可能な要素が、化学的または生化学的プロセスに動的に応答する移動を有する、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項５５】
前記変位可能な要素と前記導体のうちの少なくとも１つとの間の電位が、少なくとも３Ｖであり、前記変位可能な要素と前記導体のうちの少なくとも１つとの間の前記電界が、少なくとも１Ｖ／ｍｍである、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項５６】
前記容量性センサが、マイクロフォンを備え、前記変位可能な要素が、音響波に対応する移動の振幅を有する、請求項１〜５５のいずれかに記載の容量性センサ。
【請求項５７】
環境ポートから前記変位可能な要素の片側に音響振動を選択的に方向付けるように構成されているハウジングをさらに備える、請求項５６に記載の容量性センサ。
【請求項５８】
環境ポートの対の各々から前記変位可能な要素のそれぞれの側に音響振動を選択的に方向付けるように構成されているハウジングをさらに備える、請求項３１に記載の容量性センサ。
【請求項５９】
前記変位可能な要素が、前記変位可能な要素を取り巻く音場内の空気の移動に近似する移動を有する、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項６０】
前記変位可能な要素が、２５０Ｈｚ未満の移動の最低共振周波数を有し、前記最低共振周波数を超える周波数を有する音場内の音響波に応答して空気の移動の９０度未満の位相遅れを有する速度を有するように構成されている、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項６１】
前記変位可能な要素が、１５０Ｈｚ未満の移動の最低共振周波数を有し、前記最低共振周波数を超える周波数を有する音場内の音響波に応答して空気の移動の９０度未満の位相遅れを有する速度を有するように構成されている、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項６２】
前記変位可能な要素が、８０Ｈｚ未満の移動の最低共振周波数を有し、前記最低共振周波数を超える周波数を有する音場内の音響波に応答して空気の移動の９０度未満の位相遅れを有する速度を有するように構成されている、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項６３】
前記変位可能な要素が、５０Ｈｚ未満の移動の最低共振周波数を有し、前記最低共振周波数を超える周波数を有する音場内の音響波に応答して空気の移動の９０度未満の位相遅れを有する速度を有するように構成されている、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項６４】
前記変位可能な要素が、２５Ｈｚ未満の移動の最低共振周波数を有し、前記最低共振周波数を超える周波数を有する音場内の音響波に応答して空気の移動の９０度未満の位相遅れを有する速度を有するように構成されている、請求項１に記載の容量性センサ。
【請求項６５】
振動を感知する方法であって、
少なくとも２つの分離された導電性表面と、偏向可能な要素上の前記少なくとも２つの分離された導電性表面によって生成される力に垂直な偏向軸を有する前記偏向可能な要素と、を提供することと、
前記少なくとも２つの導電性表面に対して前記偏向可能な要素上で電位を誘導することと、
前記偏向軸に沿った前記偏向可能な要素の偏向に起因する前記少なくとも２つの導電性表面上の誘導電荷の変化を感知することであって、前記偏向可能な要素上の前記少なくとも２つの分離された導電性表面によって生成される前記力が、前記偏向可能な要素の偏向を実質的に改変しない、感知することと、を含む、方法。
【請求項６６】
誘導電荷の前記変化を前記感知することが、少なくとも１つのトランスインピーダンス増幅器によって実行される、請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
前記偏向可能な要素が、微細加工されたシリコンを備える、請求項６５に記載の方法。
【請求項６８】
前記偏向可能な要素が、振動に応答して発振する、請求項６５に記載の方法。
【請求項６９】
前記偏向可能な要素が、前記偏向可能な要素の慣性状態に対応する移動を有する、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記偏向可能な要素が、金属化されたポリマーを備える、請求項６５に記載の方法。
【請求項７１】
前記偏向可能な要素が、最低共振周波数を有し、前記最低共振周波数を超える周波数を有する前記偏向可能な要素の移動の励起に応答して、９０度未満の位相遅れで移動する、請求項６５に記載の方法。
【請求項７２】
前記導電性表面の各々における電位が、それぞれのトランスインピーダンス増幅器によって接地電位において維持され、一方、前記偏向が、前記偏向可能な要素の移動を引き起こして、前記それぞれの導電性表面上の電荷の前記変化を誘導する、請求項６５に記載の方法。
【請求項７３】
前記偏向可能な要素が、人間の発話によって発生した音に応答して発振する、請求項６５に記載の方法。
【請求項７４】
前記偏向可能な要素が、前記偏向可能な要素を取り巻く音場内の空気の移動に近似する移動を有する、請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
前記偏向可能な要素が、最低共振周波数を有し、前記最低共振周波数を超える周波数を有する空気の圧力変化に応答して９０度未満の位相遅れで移動する、請求項６５に記載の方法。
【請求項７６】
容量性感知方法であって、
関連する電界を有する少なくとも２つの電気的に隔離された電極、および前記関連する電界内の帯電要素を備えるセンサを提供することであって、前記帯電要素が、前記帯電要素と前記少なくとも２つの電気的に隔離された電極との間の静電力に直交する感知された条件に応答する移動軸を有し、かつ前記帯電要素と前記少なくとも２つの電気的に隔離された電極との間の前記静電力の大きさに機械的に応答しない、提供することと、
前記移動の軸に沿って前記少なくとも２つの電気的に隔離された電極に対して前記帯電要素の移動を誘導することと、
前記帯電要素の前記移動の結果として、前記少なくとも２つの電気的に隔離された電極の各々上で誘導された電荷を感知することと、
前記移動に対応する信号を生成することと、を含む、方法。
【請求項７７】
前記帯電要素が、一端から吊り下げられ、細長い軸を有し、前記帯電要素を公称位置に戻す傾向がある復元力を有し、前記公称位置において、前記帯電要素の自由端が、前記少なくとも２つの電気的に隔離された電極に近接しており、前記帯電要素と前記少なくとも２つの電気的に隔離された電極との間の前記静電力が、前記細長い軸に平行である、請求項７６に記載の方法。
【請求項７８】
前記帯電要素が、細長い軸を有し、弾性カンチレバーによって支持され、前記細長い軸が、前記静電力に平行であり、前記少なくとも２つの電気的に隔離された電極間のギャップに方向付けられる、請求項７６に記載の方法。
【請求項７９】
前記少なくとも２つの電気的に隔離された電極の各々が、前記移動の軸に沿って前記帯電要素に力成分を及ぼし、前記移動の軸に沿って前記帯電要素に及ぼされる前記力成分の重ね合わせが、前記移動の軸に沿って正味の力を相殺する、請求項７６に記載の方法。
【請求項８０】
前記帯電要素が、約１ミクロン未満の直径を有するフィラメントを備える、請求項７６に記載の方法。
【請求項８１】
前記帯電要素が、約５５０ｎｍ未満の直径を有する導電性フィラメントを備える、請求項７６に記載の方法。
【請求項８２】
前記帯電要素が、フィラメントを備え、周囲の媒体による粘性抗力によって支配される移動を有する、請求項７６に記載の方法。
【請求項８３】
前記帯電要素が、前記移動の軸に沿ってのみ導電性有孔プレートの移動を支持するカンチレバー支持体を有する前記導電性有孔プレートを備える、請求項７６に記載の方法。
【請求項８４】
前記帯電要素が、細長いプロファイルおよび細長い軸を有し、前記細長い軸が、約３度未満の前記静電力のベクトルに対する角度を有する、請求項７６に記載の方法。
【請求項８５】
前記帯電要素が、細長いプロファイルおよび細長い軸を有し、前記細長い軸が、約２度未満の前記静電力のベクトルに対する角度を有する、請求項７６に記載の方法。
【請求項８６】
前記帯電要素が、細長いプロファイルおよび細長い軸を有し、前記細長い軸が、約１度未満の前記静電力のベクトルに対する角度を有する、請求項７６に記載の方法。
【請求項８７】
前記帯電要素が、前記移動の軸に垂直な細長いプロファイルおよび細長い軸を有し、前記移動の軸に沿った前記静電力の力成分が、細長い軸に沿った前記静電力の力成分よりも少なくとも−２０ｄＢ低い、請求項７６に記載の方法。
【請求項８８】
前記帯電要素が、前記移動の軸に垂直な細長いプロファイルおよび細長い軸を有し、前記移動の軸に沿った前記静電力の力成分が、細長い軸に沿った前記静電力の力成分よりも少なくとも−２４ｄＢ低い、請求項７６に記載の方法。
【請求項８９】
前記帯電要素が、前記移動の軸に垂直な細長いプロファイルおよび細長い軸を有し、前記移動の軸に沿った前記静電力の力成分が、細長い軸に沿った前記静電力の力成分よりも少なくとも−３０ｄＢ低い、請求項７６に記載の方法。
【請求項９０】
前記帯電要素が、前記静電力に平行な細長い軸を有し、引張剛性を有し、前記帯電要素が、前記静電力が前記引張剛性を超える前に前記静電力による引き込みを受けない、請求項７６に記載の方法。
【請求項９１】
前記少なくとも２つの電気的に隔離された電極が、前記帯電要素に関して対称であり、前記信号が、各それぞれの電極にトランスインピーダンス増幅器を提供し、前記それぞれのトランスインピーダンス増幅器の出力の電圧差に基づいて前記帯電要素の移動を決定することによって生成される、請求項７６に記載の方法。
【請求項９２】
前記帯電要素が、約１ミクロン未満の直径を有するフィラメントを備え、粘性抗力によって支配される２５０Ｈｚを超える周波数における音響振動に応答して空気中の移動を有する、請求項７６に記載の方法。
【請求項９３】
前記帯電要素が、約５５０ｎｍ未満の直径を有する導電性フィラメントを備え、粘性抗力によって支配される２５０Ｈｚを超える周波数における音響振動に応答して空気中の移動を有する、請求項７６に記載の方法。
【請求項９４】
前記帯電要素が、約５５０ｎｍ未満の直径を有するフィラメントを備え、粘性抗力によって支配される２５０Ｈｚを超える周波数における音響振動に応答して空気中の移動を有する、請求項７６に記載の方法。
【請求項９５】
前記帯電要素が、粘性抗力によって支配される１００Ｈｚを超える周波数における音響振動に応答する空気中の移動を有する、前記移動の軸のみに沿った導電性有孔プレートの移動を支持するカンチレバー支持体を有する前記導電性有孔プレートを備える、請求項７６に記載の方法。
【請求項９６】
方向性センサであって、
関連する電界を有する少なくとも２つの電気的に隔離された電極と、
固定位置の周りに移動の軸を有し、前記帯電要素と前記少なくとも２つの電気的に隔離された電極との間の静電力に直交する前記移動の軸に沿って移動するように構成されている、前記関連する電界内の帯電要素と、
前記移動に応じた出力を発生させ、かつ前記帯電要素に対して偏向力を発生させ、それによって前記帯電要素の前記移動の軸を改変するように構成されている電子回路と、を備える、方向性センサ。
【請求項９７】
前記センサが、マイクロフォンであり、前記帯電要素が、音に応答して前記移動の軸に沿って移動するように構成されている、請求項９６に記載の方向性センサ。
【請求項９８】
前記帯電要素の移動の所望の軸を画成する信号を受信するように構成されている入力をさらに備える、請求項９６に記載の方向性センサ。
【請求項９９】
振動の伝播ベクトルを決定する方法であって、
関連する電界を有する少なくとも２つの電気的に隔離された電極と、固定位置の周りに移動の軸を有し、帯電要素と前記少なくとも２つの電気的に隔離された電極との間の静電力に直交する前記移動の軸に沿って前記振動との結合に応答して移動するように構成されている、前記関連する電界内の帯電要素と、を提供することと、
前記軸に沿った前記移動に応じて第１の出力を発生させることと、
前記関連する電界を改変するための信号を受信し、それによって前記帯電要素を偏向させ、それによって前記移動の軸を第２の移動の軸に改変することと、
前記第２の軸に沿った前記移動に応じて第２の出力を発生させることと、
前記第１の出力および前記第２の出力を分析して前記振動のベクトル伝搬特性を決定することと、を含む、方法。
【請求項１００】
少なくとも２つの電極を有する電界内に配設されて帯電されるように構成されている要素を備えるセンサであって、前記要素が、前記少なくとも２つの電極の各々と相互作用して、引張のみであり、公称位置からの偏向傾向のない複合力を前記要素内に発生させ、その結果、前記要素が、前記公称位置から偏向されたとき、前記少なくとも２つの電極上で電荷再分布を誘導する、センサ。
【請求項１０１】
前記要素が、加速度に応答する移動を有する、請求項１００に記載のセンサ。
【請求項１０２】
機械的積分器をさらに備え、前記要素が、衝撃に応答する移動を有する、請求項１００に記載のセンサ。
【請求項１０３】
前記要素が、コリオリの力に応答する偏向を有する、請求項１００に記載のセンサ。
【請求項１０４】
前記要素が、非対称の曲げ力に応答する偏向を有する、請求項１００に記載のセンサ。
【請求項１０５】
前記要素が、媒体と前記要素の表面との化学的相互作用に応答する偏向を有する、請求項１００に記載のセンサ。
【請求項１０６】
前記要素が、媒体と前記要素の表面との生物学的相互作用に応答する偏向を有する、請求項１００に記載のセンサ。
【請求項１０７】
前記要素が、媒体と前記要素の表面との化学吸着相互作用に応答する偏向を有する、請求項１００に記載のセンサ。
【請求項１０８】
前記複合力が発振しており、前記要素が、少なくとも前記発振している複合力に応答する偏向を有する、請求項１００に記載のセンサ。
【請求項１０９】
前記要素の前記偏向に対応する信号を発生させるように構成されている電子増幅器をさらに備える、請求項１００に記載のセンサ。
【請求項１１０】
時間応答が、共振周波数を含む、請求項１０９に記載のセンサ。
【請求項１１１】
前記要素の前記偏向の時間応答を分析することを決定するように構成されている電子デバイスをさらに備える、請求項１０９に記載のセンサ。
【請求項１１２】
前記時間応答が、振動周波数を含む、請求項１１１に記載のセンサ。
【請求項１１３】
前記時間応答が、位相遅延を含む、請求項１１１に記載のセンサ。
【請求項１１４】
前記要素の前記偏向が、温度に応答する、請求項１００に記載のセンサ。
【請求項１１５】
前記要素の前記偏向が、圧力に応答する、請求項１００に記載のセンサ。
【請求項１１６】
前記要素の前記偏向が、照度に応答する、請求項１００に記載のセンサ。
【請求項１１７】
前記要素の前記偏向が、前記要素を取り巻く流体の粘度に応答する、請求項１００に記載のセンサ。
【請求項１１８】
前記要素を枢動可能に支持する、前記要素のための弾性マウントをさらに備える、請求項１００に記載のセンサ。
【請求項１１９】
前記要素の前記偏向が、前記弾性マウントの物理的特性の変化に応答する、請求項１１８に記載のセンサ。
【請求項１２０】
前記要素の前記偏向が、周囲の媒体との前記弾性マウントの化学的相互作用に応答する、請求項１１９に記載のセンサ。
【請求項１２１】
前記要素が、関連する触媒を有し、前記要素の偏向が、前記関連する触媒のための基質の量に応答する、請求項１００に記載のセンサ。
【請求項１２２】
空間アレイに配置された、電気的に帯電されるように構成されている複数の要素を備える、センサアレイであって、
前記空間の各それぞれの要素が、少なくとも２つのそれぞれの電極によって制御される電界内に配設され、前記それぞれの要素が、前記少なくとも２つのそれぞれの電極の各々と相互作用して、複合力による公称位置からの偏向傾向が実質的になしに、前記それぞれの要素内に複合引張力を発生させ、その結果、前記それぞれの要素が、偏向の際に前記少なくとも２つのそれぞれの電極上で電荷再分布を誘導する、センサアレイ。
【請求項１２３】
前記空間アレイが、前記複数の要素の三次元アレイを提供する、請求項１２２に記載のセンサアレイ。
【請求項１２４】
前記複数の要素を取り巻く外部条件勾配をさらに備える、請求項１２２に記載のセンサアレイ。
【請求項１２５】
前記複数の要素において温度勾配を作り出すように構成されている熱制御をさらに備える、請求項１２２に記載のセンサアレイ。
【請求項１２６】
前記空間アレイに画像を投影するように構成されている光学システムをさらに備える、請求項１２２に記載のセンサアレイ。
【請求項１２７】
前記それぞれの要素が、複数のそれぞれの異なる選択的化学応答を有する、請求項１２２に記載のセンサアレイ。
【請求項１２８】
電界内の少なくとも２つの電極と、
帯電されるように構成され、前記電界内の前記少なくとも２つの電極に近接するように配設され、少なくとも１０のアスペクト比を有する細長い変位可能な要素と、を備える、センサであって、
前記要素が、前記少なくとも２つの電極の各々と相互作用して、細長い軸に沿って少なくとも９５％の引張である複合力を前記要素内に発生させ、その結果、条件による前記細長い変位可能な要素の変位が、前記条件に対する電荷再分布の応答性または引き込みの不安定性を実質的に改変することなく、前記条件の大きさに対応する前記少なくとも２つの電極上の前記電荷再分布を誘導する、センサ。
【請求項１２９】
容量性感知のための方法であって、
条件に応答する軸に沿って移動可能な帯電要素を電界内に提供することと、
前記電界の摂動を電気的に感知するために、各々が前記電界と相互作用する少なくとも２つの電気的に隔離され分離された電極を証明することであって、前記少なくとも２つの電気的に隔離され分離された電極が、前記帯電要素上で、前記軸に少なくとも９５％垂直の正味の力を発生させる、証明することと、
前記条件に応答する前記軸に沿った前記帯電要素の移動によって引き起こされる前記電界の摂動を感知することであって、前記帯電要素の前記移動の範囲にわたって、前記電界内の前記帯電要素の位置が、前記条件に対する前記変位可能な要素の応答性を実質的に改変しないか、または引き込みの不安定性を引き起こさない、感知することと、を含む、方法。
【請求項１３０】
前記少なくとも２つの電気的に隔離され分離された電極が、線形ギャップによって分離された固定導体対を備え、前記固定導体対の各々が、それぞれの電位において維持され、電荷再分布に基づいて前記固定導体対の上の空間内の電界を感知し、
前記軸が、前記線形ギャップにわたって方向付けられたベクトル成分を有し、前記帯電要素に対する前記正味の力が、前記感知された条件に応答する前記帯電要素の変位の状態に不感応性である、請求項１２９に記載の方法。
【請求項１３１】
前記帯電要素が、音響振動に応答し、前記感知された摂動が、前記音響振動を定量的に表す、請求項１２９に記載の方法。
【請求項１３２】
前記帯電要素が、細長い軸を有し、一端から吊り下げられ、前記帯電要素を公称位置に戻す傾向がある復元力を有し、前記公称位置において、前記帯電要素の自由端が、前記少なくとも２つの電気的に隔離され分離された電極に近接しており、
前記帯電要素と前記少なくとも２つの電気的に隔離され分離された電極との間の前記正味の力のベクトルが、前記細長い軸から５度未満だけずれている、請求項１２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、容量性センサの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
キャパシタンスの変化に依存するセンサは、非常に多数の重要な電子製品およびシステムにおいて使用されている。動きまたは音を検出することを目的とした容量性センサは、典型的に、固定電極とともに軽量で移動可能な電極を採用している。これらの２つの電極間に印加されるバイアス電圧により、それらの相対的な動きによるキャパシタンスの変化を検出することができる。小さい動き、フロー、または音圧を検出する場合、センサの性能は、移動電極と固定電極との間の有効剛性が低下すると通常向上する。高感度のマイクロフォンでは、質量と剛性が可能な限り小さい、高度にコンプライアントな移動電極の使用が所望される場合がある。この状況では、静電力の影響を最小限に抑えるように容量性電極を設計する際に注意を払う必要がある。
【０００３】
平行プレートキャパシタンスを使用する容量性動きセンサの設計では、移動電極の機械的剛性がバイアス電極に対する崩壊を防ぐのに十分な大きさである必要があることはよく知られている。これは、静電力が、静的平衡位置の周りの小さい動きに対して負の剛性として作用するためである。バイアス電圧が十分に高い場合、この負の剛性の大きさが機械的剛性の大きさを超え、不安定になる可能性がある。他の電極設計では、静電力が正の剛性として作用し得、バイアス電圧が増加するとシステム全体の剛性が増加する。この場合、バイアス電圧が高すぎると応答が低下し、感度が低下する。応答性は、検出器システムの入出力利得を測定する。静電剛性が正であるか負であるかに関係なく、静電力による剛性がセンサの性能を低下させる効果があることはほぼ常に真実である。
【０００４】
静電センサが２つの電極を有する場合、移動電極の位置を変化させると、典型的に、静電位置エネルギーが変化する。電界によって印加される有効力は、移動電極の位置に関するこの位置エネルギーの導関数に等しくなる。移動電極に対する静電力を最小限に抑えるために、システムの総位置エネルギーが移動電極の位置の変化に対してほぼ一定に保たれるように、追加の固定電極を組み込むことができる。総位置エネルギーはほぼ一定であるため、小さい静電力とそれに対応する剛性が得られるが、２つの固定電極は、移動電極の位置の変化に伴って異なる電荷を経験する。これらの２つの固定電極を別々に感知すると、センサの動きに対する静電力の影響が大幅に減少する。
【０００５】
電極が移動するときに総静電位置エネルギーがほぼ一定に保たれる設計を求めることに加えて、大きい動きに対して絶対的な安定性を達成することも所望される。これは、移動電極にかかる静電力が常に作用して、考えられるすべての動きに対して電極をその公称平衡位置に戻す場合に達成することができる。
【０００６】
グラフェンなど、これらの感知電極を構築するために、非常に薄く、コンプライアントな材料が利用可能である［１］、［２］。しかしながら、これらの構造は曲げ剛性が非常に低いため、それらの動きが静電力の影響を強く受けずに従来のマイクロフォン設計に組み込むことは困難である。音響感知におけるそれらの使用には、電極設計への新しいアプローチが必要である。
【０００７】
高度にコンプライアントな材料は、音響感知にとってかなり有望であることを示している。スパイダーシルクなどの細いファイバは、音場内の空気の動きを非常に正確に表すことがわかっている［３］、［４］。高度にコンプライアントな電極を組み込むという課題は、光感知を組み込むマイクロフォンの作製を動機付けている［５］〜［７］。光学マイクロフォンは、設計者が、機械的要素に印加される力に対する感知メカニズムの影響を考慮する必要をなくすという目標を達成するが、大量の低コストデバイスにおける競争力はまだ証明されていない。圧電材料の使用は、コンプライアントなマイクロフォンダイアフラムの容量性感知の課題を回避する上で有望であることも示されている［８］。平行プレート容量性感知方式を回避するための別の動機は、電極間のフローによって引き起こされる粘性減衰が、小型マイクロフォンにおける熱雑音の主な原因であるということにも言及する必要がある［９］。
【０００８】
図１Ａ〜図１Ｄは、従来の容量性感知方式を示している。図１Ａは、音圧とともに変動するギャップによって分離された平行プレートを示している。図１Ｂは、ギャップによって分離された平行プレートを示し、このプレートに平行な平面での重なりが音圧とともに変動することを示している。図１Ｃは、平行プレートのトリプレットを示し、中央プレートとそれぞれの外側プレートとの間の距離が音圧とともに変動する。図１Ｄは、平行プレートのトリプレットを示し、１つのプレートが音圧に応答してプレートの平面に平行に移動し、これにより、隣接して同一平面上にあり、ギャップによって分離された他の２つのプレートの重なりが、異なるものになる。
【０００９】
当然のことながら、静電感知方式において可能な電極形状は無数にある。特定の感知用途のために移動電極において許容される質量、剛性、および減衰の量に応じて、既存のアプローチは、様々な量の静電力および剛性を達成し得る。４つの一般的な構成を図１に示している［１０］。図１Ａおよび図１Ｂの左側に示されている２つは、２つの電極で構成されており、図１Ｃおよび１Ｄの右側に示されているものは、３つの電極を含んでいる。図１Ａおよび図１Ｃでは、電極はそれらの平行面に対して横方向に移動するが、図１Ｂおよび図１Ｄでは、動きは電極面に対して平行である。図１Ａの構成は、圧力感知ダイアフラムを備えた移動電極を備えた音響センサにおいて群を抜いて最も一般的である。これらの各々は、平行プレートのキャパシタンスのよく知られている式を使用して近似的に分析され得る。この近似では、平面間の距離が他のすべての寸法に比べて十分に小さいため、電界は、真っ直ぐであり、平面に直交する力線によって支配されると仮定する。
【００１０】
図１Ａ〜図１Ｄに示す４つの感知構成の各々について、静電位置エネルギー、力、および有効剛性の近似式を考慮する。示されている各パネル内の第２の電極は移動電極であり、残りの電極は静止状態に保たれていると仮定する。ｘはその公称位置に対する移動電極の変位とする。各パネルは、図１Ａ〜図１Ｄの平面に直交する寸法Ｌを通る一定の断面を有すると仮定される、電極を有する断面を示している。また、電極２は、定電圧Ｖ２でバイアスされ、他の電極は、ゼロ電位に保たれていると仮定する。
【００１１】
図１Ａの構成の位置エネルギーは、以下とおりである。
【数１】
2021526281.tif 000003
ここで、ε＝８．８５４ｐＦ／ｍは、媒体の誘電率である。座標ｘに関連する有効静電力は、平衡位置であると仮定するｘにおいて評価されたＶａの導関数になる［１１］。
【数２】
2021526281.tif 000004
【００１２】
この力は、常に移動電極を固定電極に向かって引っ張るように作用する。平衡点ｘの周りの小さい摂動の場合、この力は動きに比例し、この比例定数の負の値は、等価静電剛性ｋａである。
【数３】
2021526281.tif 000005
【００１３】
したがって、図１Ａの静電力は、ｘの実現可能な値に対して常に負である。これは、ほぼすべての圧力感知マイクロフォンの電極構成である。
【００１４】
同様のアプローチを使用して、図１Ｂに示す構成の静電エネルギー、力、および剛性を推定することができる。
【数４】
2021526281.tif 000006
【００１５】
有効静電力は、以下のとおりである。
【数５】
2021526281.tif 000007
【００１６】
この近似では、力はｘに依存せず、移動電極をその公称位置に向かって引っ張るように作用もする。この一定の力のために、有効剛性はゼロ、Ｋｂ≒０である。この構成は、交互嵌合フィンガまたはフィンを使用して実現することができ、一部の音響圧力センサに正常に組み込まれている［１２］。この構成のより詳細な静電分析は、ｘがＷに対して小さくない場合、静電剛性が正になることを示すことに注意されたい［１３］。不安定性は回避されるが、静電力が電極の動きを妨げる可能性がある。
【００１７】
図１Ｃの静電位置エネルギーは、以下のとおりである。
【数６】
2021526281.tif 000008
【００１８】
この式は２つの項に依存し、一方はｘとともに増加し、他方は減少する。有効静電力は、
【数７】
2021526281.tif 000009
であり、
【００１９】
また、有効静電剛性は、以下のとおりである。
【数８】
2021526281.tif 000010
【００２０】
図１Ｄでは、ｘ＝０の場合、電極２が２つの固定電極の交点に中心を置かれ、それらの各々との重なりが幅Ｗ／２を有すると仮定する。図１Ｄの３つの電極構成の静電位置エネルギーは次のようになる。
【数９】
2021526281.tif 000011
【００２１】
このエネルギーはｘに依存しないため、有効静電力および剛性はゼロ、ｆｄ＝０、ｋｄ＝０である。これはセンサでは非常に望ましいが、容量性マイクロフォンでは実装するのが困難である。以下に呈する電極構成は、図１Ｄに示すように、移動電極がその平面に平行ではなく、その平面に垂直な方向に変位される、図１Ｄの近似を実現する試みと見なすことができる。システムのさらなる分析は、Ｍｉｌｅｓ，Ｒ．Ｎ．，“Ｎｏｔｅｓ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｓ”，Ｓｔａｔｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，Ｂｉｎｇｈａｍｔｏｎ，ＮＹ  １３９０２−６０００に提供されており、これは、その全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
【００２２】
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【発明の概要】
【００２３】
移動電極上の動きに対して最小の力および抵抗を加えることが意図される、動的容量性センサ構成が提供される。目的は、引き込みの不安定性などの大きいバイアス電圧の悪影響を受けることなく、任意のレベルのコンプライアンスを有する移動電極の使用を可能にすることである。この構成により、動きに対して最小限の抵抗を呈する、高度にコンプライアントな薄い電極材料の組み込みが容易になる。このタイプの材料は、音を感知するために特に有用である。測定結果は、ここで検討した高度にコンプライアントな音響センサ設計の場合、その動きに影響を与えることなく、４００ボルトの大きいバイアス電圧を印加することができることを示している。音に対する電気的感度は約０．５ボルト／パスカルであり、典型的な音響センサよりも２桁大きいことがわかる。
【００２４】
本技術の一態様は、マイクロフォンの性能に対する静電剛性の影響を最小限に抑えることができる容量性センサ用の電極設計を提供することを目指している。これが達成することができれば、移動電極は、静電力に起因する制約に制限されることなく、最大の性能を発揮するように設計することができる。
【００２５】
本技術の別の態様は、すべての動作条件下で安定している電極設計を提供することを目指している。本明細書に記載の電極配置は、ほぼ一定の位置エネルギーおよび保証された安定性を維持するという目標を達成する。
【００２６】
本技術のさらなる態様は、音場内の微小な圧力および空気速度の変動に適切に応答するために、移動する感知電極が可能な限り機械的剛性および質量を有さないマイクロフォン設計を提供する。
【００２７】
本アプローチは、反発静電アクチュエータおよびセンサに関する以前の研究に従う［１４］、［１５］。これらの設計は、バイアス電圧が増加するにつれて、移動電極と感知電極が、遍在する平行プレート構成のように互いに向かって移動するのではなく、離れて移動することを可能にする電極構成を使用した。反発静電デバイスは引き込みの不安定性を回避するが、達成可能な性能を制限する静電剛性化に悩まされない電極設計を達成することは依然として困難である。
【００２８】
以下では、音響圧力に容易に応答することを目的とした、軽量でコンプライアントな容量性電極構成が提供される。
【００２９】
好ましい実施形態は、移動要素が空気圧または空気流の変化に応答し、移動要素の位置が感知されるマイクロフォンである。しかしながら、センサの設計は、マイクロフォンに限定されず、加速度計、ＭＥＭＳジャイロスコープ、変位センサ、振動計、衝撃センサなどとしてより一般的に役立つ。さらに、基本設計では、負帰還トランスインピーダンス増幅器によって仮想接地において維持される固定電極対が提供されるが、これが本技術の限界ではない。例えば、電極表面のうちの一方の電位が他方とは異なる電圧に維持されている場合、帯電した移動要素が経験する電界は非対称になり、要素の細長い軸に平行に作用する垂直力ではなく、強制変位が存在することになる。したがって、帯電要素は、変位に対するアナログ制御、および位置を維持するためのフィードバック制御を備えた、例えばデジタルミラーデバイスのアクチュエータとして作用することになる。この同じ実装は、帯電要素の偏向位置からの帯電要素の変位に応答する出力も発生させる。傾斜した要素にかかる静電力は、センサの移動要素の有効剛性と相互作用するため、結果として、電極の不均衡と帯電要素の電位に応じて、感度が制御可能であるセンサが得られる。
【００３０】
別の実施形態では、移動要素は、電極によって生じる時間変動する静電界によって意図的に発振される。例えば、ダイアフラムまたはファイバが化学固有材料でコーティングされている場合、化学選択センサが可能である。対象の種が移動要素に吸収されると、その質量が変化し、これにより、発振する電界に対するその応答が改変される。
【００３１】
さらなる実施形態では、移動要素は熱応答性であり、例えば、機械的特性または寸法が変化する。これにより、発振する電界などの摂動に対する帯電要素の周波数および／または線形もしくは非線形応答が改変される。
【００３２】
移動する帯電要素の公称状態の再配置も、他のセンサ特性に影響を与える可能性がある。例えば、帯電要素は、不均一な媒体内に位置していることがある。したがって、帯電要素の移動は、異なる動作環境をもたらす。
【００３３】
場合によっては、４つ以上の電極が単一の移動要素と相互作用することがある。ダイアフラムの場合、これはねじれを誘導または感知する可能性がある。２つの軸に沿った移動のために吊り下げられた他の構造のファイバまたはフィラメントの場合、より多数の電極が様々な移動の軸を検出し得る。
【００３４】
場合によっては、２つ以上の移動要素が提供される。これらは、様々な方法で電極および互いに相互作用する可能性がある。例えば、これらは異なる軸に沿って移動または効果を感知し（多軸センサ）、励起条件における空間変動を検出または処理できる。
【００３５】
場合によっては、センサは液体媒体内で動作できる。静電センサの場合、これは典型的に、高誘電性液体を意味し、場合によっては、水を含むイオン液体または低誘電性液体を採用することが可能である。例えば、本技術によるデバイスが水の中に浸漬され、電位が水の加水分解電位よりも低く維持された場合、結果として、水の天然ｐＫａ（ｐＨ）、約１０−７に起因する帯電要素から電極への漏れ電流が生じる。この量のイオン化は、実施形態を失格させるものではない。他の液体は漏れが少ない。例えば、鉱油、炭化水素、シリコン、ハイドロフルオロカーボン、低温液化ガスなど。
【００３６】
別の実施形態では、電極に対する電位による帯電要素の伸長がないという推定は、厳密には有効ではない。したがって、要素の長さ、および電極からのその距離は、印加電圧によって変動することになる。典型的に、センサが引き込みを経験することは望まれないが、特定のセンサタイプでは、移動要素を所定の位置にロックするため、これはまさに求められる効果である。
【００３７】
基本システムの他の修正も可能である。以下の特許および公開特許出願は、それらの各々の全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれ、本技術による感知技術が実装され得る様々な実装技術、用途、およびコンテキストを開示している。５９４８９８１、６１０４４９２、６３１２３９３、６３６０６０１、６４８０６４５、６５２９６５２、６５４４１９３、６５４９６９２、６５９１０２９、６６２５３９９、６６４２０６７、６７４５６２７、６７６８１８１、６７８４５００、６７９８７９６、６８４７０３６、７０４１０６３、７０５４５１９、７０９１７１５、７１００４４６、７１２３１１１、７１５７７１２、７１５９４４１、７２０８７２９、７２１２４８７、７２１４２９８、７２６０９８０、７２７５４３３、７２８２７０９、７２８４４３０、７２８６７４３、７２９４５０３、７３０５８８０、７３０８８２７、７３５１３７６、７４０３８０５、７４２１８９８、７４４８９９５、７４６９８３４、７４８１１１１、７４８２５８９、７４８５１００、７５２１２５７、７６２２０８１、７６４０８０３、７６５２７５２、７６５４９５７、７７１４２７８、７７５６５５９、７７９１０２７、７８０４３７４、７８０９４１７、７８１８８７１、７８２２５１０、７８２６６２９、７８２７８６４、７８３６７６５、７９３９０２１、７９９０５３９、８０２２７７９、８０３７７５６、８０５１６９８、８０６１２０１、８１２９１７６、８１３６３８５、８１６４５８８、８１９３８６９、８２２０３１８、８２２６２３６、８２５２５３９、８２５７６６６、８２６３３３６、８３１９１７７、８３２２２１３、８３３３１１２、８３３９０１４、８３６７４２６、８３９１５１７、８４２７２４９、８４２７６５７、８４４５２１０、８４５１０６８、８４６１９３６、８４８２３００、８４８８９７３、８５５６４２８、８５８０５９７、８５８６９１８、８５９２１５３、８５９２１５４、８５９２２１５、８６２７５１１、８６５０９５５、８６５８３６７、８６５８３６８、８６６９７７１、８６７７８２１、８６８６８０２、８６９８２１２、８７４２４６９、８７４２７７０、８７４６０３９、８７４６０４８、８７４８９４７、８７６６３２７、８７７４８８５、８７７６５７３、８７８７１１７、８７９３８１１、８８００３６９、８８２２２０５、８８２２９０６、８８４４３４０、８８７５５７６、８９１２５８０、８９１４０８９、８９２８２０３、８９５３４１４、８９９４０７６、８９９４９５４、９０７２４２９、９１４６１０９、９１８２４５４、９２００８８７、９２０９７４６、９２１７６４１、９２３３３９５、９２３８２５０、９２６７９２３、９２７０２８１、９３７２１５４、９３８９０７９、９３９５３１７、９４１１０００、９４２３２５４、９４４８０６９、９５１５６７６、９５３５１３７、９５７５０８９、９６１１１３９、９６１８４７５、９６１８５３３、９６３８６１７、９６４５１６６、９６５８２４７、９６６８０３５、９６８０４１４、９７０２９９２、９７１９８４７、９７４０００３、９７７４２７６、９７７８２８２、９７８０４３５、９８０００１９、９８０４２６４、９８１０７７５、９８１０７８６、９８１２８３８、９８２３３５３、９８５７４６８、９８６４８４６、９８６９７５４、９８７４６３５、９９０５９９２、９９１００６１、９９１００６２、９９１５５２０、９９２７３９３、９９４４９８１、９９５８４１４、９９５８４１５、９９５８５４５、９９６６９６６、２００２００４９３８９、２００２００６８３７０、２００３００３３８５０、２００３００７１６８６、２００３０１３９６８７、２００３０１４２９３４、２００３０１７９７９１、２００３０１９６４８９、２００４００３９２９７、２００４００３９２９８、２００４００６０３５５、２００４０２３７６２６、２００５０００９１９７、２００５００２０９２６、２００５００６８６１２、２００５０１０４６７５、２００５０１４７０１７、２００５０１６７５０８、２００５０１９９０４７、２００５０２７４８８８、２００６００３２３０８、２００６００３２３０９、２００６００３３５８８、２００６０１５８６６２、２００６０１５８６６６、２００６０１９６２６６、２００６０２３３４９８、２００７００１６０７４、２００７００２４８４０、２００７００３４００５、２００７０１１５４４０、２００７０１１９２５８、２００７０１４２７１８、２００７０１９４２３９、２００７０２８７９２３、２００７０２８９３８２、２００８０００７６９３、２００８０１９０１９８、２００８０１９０２００、２００８０１９１１３２、２００９００３６７６１、２００９００６４７８１、２００９０１７４８８５、２００９０２２９０２０、２００９０２８９６０６、２００９０３０１１９３、２０１０００００２８９、２０１０００２４５４６、２０１０００２４５６０、２０１０００７８５６４、２０１００１３７１４３、２０１００１４５１８０、２０１００１５５８８３、２０１００１９４３７４、２０１００２１３７９１、２０１００２５３３３２、２０１００２６７１６４、２０１００３０１３９８、２０１００３０８９３０、２０１００３１３６５７、２０１１０００６１９６、２０１１００２８８０７、２０１１００４０１６１、２０１１０１３８８９１、２０１１０１６７９０８、２０１１０１７０１０８、２０１１０１９４７１１、２０１１０１９４８５７、２０１１０２２７４４８、２０１１０２４８３２０、２０１１０２７５５２２、２０１１０２８１７３７、２０１１０２８１７４１、２０１２０００６１１４、２０１２０００９７１３、２０１２００１３３９２、２０１２００３２７４７、２０１２００６８７７６、２０１２００８６３０７、２０１２０１１２０５６、２０１２０１６８６０５、２０１２０１７２２５６、２０１２０１８７９８３、２０１２０１９２６４７、２０１２０１９４１０７、２０１２０２２７４９８、２０１２０２６１２７４、２０１２０２６５４７４、２０１２０３０４３４１、２０１２０３２５６８３、２０１２０３２６２１３、２０１２０３２６７６７、２０１２０３２７３６８、２０１２０３２９０４３、２０１２０３２９０４４、２０１２０３２９１９２、２０１３０００１６５３、２０１３０００４９４８、２０１３０００４９４９、２０１３０００９２１４、２０１３００１７６４２、２０１３００２５３６８、２０１３００６４０３５、２０１３００７１９１５、２０１３０１１９２４３、２０１３０１３９２８５、２０１３０１８０３３３、２０１３０２０１３１６、２０１３０２１０１２８、２０１３０２１０１８２、２０１３０２１７００４、２０１３０２３１８７０、２０１３０２４７６６９、２０１３０２７１１２３、２０１３０３０２９３２、２０１４００００３４４、２０１４００２８９９７、２０１４００６２６１９、２０１４００９３８８１、２０１４０１０４６１８、２０１４０１１３８２８、２０１４０１４４２３０、２０１４０１４７３３７、２０１４０１５９７４８、２０１４０１５９８２６、２０１４０１７６９５８、２０１４０１８５０５４、２０１４０１９４３０１、２０１４０１９４３０２、２０１４０１９４３０３、２０１４０２２４９７１、２０１４０２３０５４７、２０１４０２３５４５２、２０１４０２３５４６３、２０１４０２５１０１７、２０１４０２６５７２０、２０１４０２８７９５８、２０１４０３０１１６７、２０１４０３２４３７６、２０１４０３３１３６７、２０１４０３６０２７２、２０１４０３７２０５７、２０１５００２９４９０、２０１５００４３００２、２０１５００６５８３７、２０１５００８５２４９、２０１５００９１４７７、２０１５０１４３９０５、２０１５０１６６３３２、２０１５０１６８３４４、２０１５０１７１５９５、２０１５０１７７２７２、２０１５０２９３２４３、２０１５０３０４７４１、２０１５０３０８８２９、２０１５０３７７６２２、２０１５０３７７６２３、２０１５０３７７９１６、２０１５０３７７９１７、２０１５０３７７９１８、２０１６０００３８６８、２０１６０００６４１４、２０１６００３３４４８、２０１６００３５３１４、２０１６００５４４００、２０１６００６１７７２、２０１６００６２１１２、２０１６００６９６８６、２０１６００７２４７２、２０１６００７９９５３、２０１６００８７５５１、２０１６０１３９１７６、２０１６０１８７２８９、２０１６０２２３３１９、２０１６０２９８９６３、２０１６０３２９６８２、２０１６０３４１７５８、２０１６０３４１７６１、２０１６０３４１７６２、２０１６０３４１７６５、２０１６０３４４３６８、２０１６０３７４７０３、２０１７０００３３１４、２０１７０００３３１６、２０１７００２５７３６、２０１７００５９５３０、２０１７００６７８５６、２０１７００６８３１９、２０１７００７４６４０、２０１７００７８４００、２０１７０１２６２０６、２０１７０１４６４８４、２０１７０１５３３１９、２０１７０１５５２２５、２０１７０１６４８３９、２０１７０１７６５９６、２０１７０１８４６４４、２０１７０１８５９５４、２０１７０１９４９８５、２０１７０１９９２７７、２０１７０２０１０５９、２０１７０２０５２２３、２０１７０２１９５２１、２０１７０２１９６２２、２０１７０２５８３２０、２０１７０２７１６１０、２０１７０２７２８７８、２０１７０２７２８８６、２０１７０２７６７２３、２０１７０２７７１２５、２０１７０２７７１３８、２０１７０２７７９０２、２０１７０２７８２２６、２０１７０２７８４４７、２０１７０２７８４６５、２０１７０２７８４８０、２０１７０２７８７３３、２０１７０２７８８７４、２０１７０２７８８７８、２０１７０２７８９７３、２０１７０２８００４１、２０１７０２８０２６５、２０１７０２８１０８３、２０１７０２８５４０４、２０１７０２８５８１５、２０１７０２８５８７１、２０１７０２８６５８８、２０１７０２８７１２７、２０１７０２８７２２８、２０１７０２８７２９３、２０１７０２８７４１４、２０１７０２８７９４３、２０１７０２８８０２３、２０１７０２８８１２５、２０１７０２８８６７０、２０１７０２８９６７８、２０１７０２８９７０２、２０１７０２９００９７、２０１７０２９３１５５、２０１７０２９３１５６、２０１７０２９３１７１、２０１７０２９４５４３、２０１７０２９５３２５、２０１７０２９５４３４、２０１７０２９７８９５、２０１７０２９７８９９、２０１７０２９９４９４、２０１７０２９９７２１、２０１７０３００１６２、２０１７０３０１３９１、２０１７０３０１６９９、２０１７０３０８２１６、２０１７０３０９８５６、２０１７０３１０７４３、２０１７０３１６４８７、２０１７０３１６７１３、２０１７０３１７６１０、２０１７０３１８３８８、２０１７０３１８３９４、２０１７０３１９１７９、２０１７０３２０７２６、２０１７０３２３４８１、２０１７０３２３８９２、２０１７０３２３９０８、２０１７０３２５０２５、２０１７０３２５０８１、２０１７０３２８７０２、２０１７０３２８９３１、２０１７０３２９１６２、２０１７０３２９４３９、２０１７０３３１８９９、２０１７０３３２１７０、２０１７０３３４１８７、２０１７０３３６２０５、２０１７０３３６３９６、２０１７０３３６９０３、２０１７０３３７８８８、２０１７０３３８１０７、２０１７０３３８１０８、２０１７０３３８３５３、２０１７０３３８８１８、２０１７０３４０３９６、２０１７０３４３８７４、２０１７０３４４１１４、２０１７０３４７８８６、２０１７０３４８０９５、２０１７０３５２２３３、２０１７０３５２５４０、２０１７０３５２７４６、２０１７０３５４０３１、２０１７０３５５５９１、２０１７０３５５５９９、２０１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【００３８】
様々なタイプの微小電気機械式静電アクチュエータが知られている。６１２８１２２、６１６４１３４、６２０１６２９、６２７３５４４、６３０９０４８、６３１２１１４、６３５３４９２、６３６００３５、６３７８９８９、６４０８８７８、６４２４４６６、６４３３９１１、６４３９６８９、６４３９６９９、６４４３５５８、６４５０６２８、６４７４７８１、６４８１８３５、６４９１３６２、６５０８５４６、６５１７１９７、６５３１６６８、６５３８７９９、６５４７３７１、６５５４４１０、６５７２２２０、６５７５５６６、６５８８８８２、６５９２２０７、６５９４０５７、６５９８９６４、６６２３１０８、６６３４７３５、６６４１２７３、６６４４７９３、６６５２０８２、６６６６５４８、６６９８８６７、６７３３１１６、６７４２８７３、６７４６１０８、６７８６５７３、６７９３３２８、６７９３７５３、６７９８７２９、６７９９８３５、６８０５４３５、６８０５４５４、６８０８２５３、６８２４２５７、６８２７４２８、６８２７４２９、６８３２８２８、６８４８１８１、６８５１７９６、６８６０５９０、６８６３３７８、６８６３３８４、６８６６３６９、６８８０２３５、６８８０９２２、６８８３９０４、６８８３９０６、６８８６９１５、６８９００５９、６８９１２４０、６８９９１３７、６８９９４１６、６９０２２５５、６９０５１９５、６９０５６２０、６９１３３４７、６９１６０８７、６９１６０９１、６９１８６５５、６９２１１５０、６９２２１１８、６９２３５２６、６９２９０３０、６９２９３５０、６９３８９８９、６９３８９９１、６９３８９９４、６９４９７５６、６９５５４２８、６９７４２０６、６９８８７８５、６９８８７８９、６９８８７９０、６９９１３１８、６９９４４２４、６９９４４２６、６９９４４３０、６９９８２７８、７００１００７、７００４５６３、７００４５７７、７００６７２０、７０１４２９６、７０１４２９８、７０１４７８５、７０２５３２４、７０２８４７４、７０３２９９２、７０３２９９７、７０３４８５４、７０４０３３８、７０４８８６８、７０５２１１４、７０５２１２０、７０６４８８３、７０６６５７９、７０７０２５６、７０７０２５８、７０７３８８１、７０８０８９３、７０８０８９５、７０８３２６２、７０８６７１７、７１０１０２０、７１１１９２４、７１３２０５６、７１３４７４０、７１４４５１９、７１４４６１６、７１４７３０４、７１４７３０７、７１５２９４４、７１５２９６１、７１５２９６７、７１５５８２３、７１５９９６８、７１６０４７５、７１６８１６７、７１６９３１４、７１７５７７５、７１７８８９９、７１８２４３１、７１８２４３７、７１８３６１８、７１８４１９３、７１８８９３５、７１８８９３８、７１８９３３４、７１９８３４６、７２０７６５６、７２１０７６４、７２１６６７１、７２１６９５６、７２１９４２７、７２１９９８２、７２２６１４７、７２２７６８７、７２２９１５４、７２３３１０１、７２３４７９５、７２４９８３０、７２５０１２８、７２５８４２１、７２５８７７４、７２６４３３３、７２７３２７０、７２７８７１３、７２８２８３４、７２８４８３６、７２９０８５９、７２９３８５５、７３２２６８０、７３２８９７５、７３３１１０１、７３３１６５９、７３３４８７４、７３３８１４７、７３４７５３５、７３４７６９７、７３５０９０１、７３５０９０６、７３５４７８７、７３５９１０６、７３６０８７１、７３７０９４２、７３７５８７２、７３８０３３９、７３８０９０６、７３８０９１３、７３８４１３１、７３８７３６５、７３８７３６８、７３９３０８３、７３９６１０８、７３９９０６８、７４０１８８４、７４０１８９５、７４０１９００、７４０１９０６、７４１０２４３、７４１０２５０、７４１３２９３、７４１６２７５、７４１９２４４、７４１９２４７、７４１９２５０、７４３１４２７、７４３４９１９、７４４１８６７、７４４２３１７、７４４７５４７、７４４８７２８、７４５７０２１、７４６７８５０、７４６８９９７、７４７２９８４、７４７５９６５、７４９４５５５、７５０６９６６、７５１７０５５、７５２４０２９、７５２４０３２、７５２７３５７、７５２８６９１、７５３７３１４、７５３７３２５、７５４９７２６、７５５３００１、７５５６３５１、７５５６３５２、７５５６３５３、７５５６３５８、７５５６３６１、７５６２９６２、７５６２９６３、７５６９９２６、７５７８５６９、７５７８５８２、７５８５０４７、７５８５０６６、７５８８３２７、７５９１５３９、７５９１５４１、７５９７４３５、７６０１２７０、７６１１２２０、７６１５７４４、７６１６３６７、７６２５０６１、７６２５０６７、７６２５０６８、７６２８４６８、７６３７５８２、７６５４６２８、７６５４６４２、７６５８４７３、７６６１７９３、７６６１７９６、７６６１７９７、７６６９９５０、７６６９９５１、７６６９９６４、７６６９９７１、７６７３９７６、７６７７６８５、７６７７６８６、７６９９４４０、７７０３８９０、７７０８３７２、７７０８３８１、７７１７５４２、７７３１３３４、７７３１３３６、７７３１３４１、７７３５９６３、７７３５９６８、７７４０３３７、７７４６５３８、７７４８８２７、７７５３４６９、７７５３４８７、７７５３４９１、７７５３５０４、７７５４０１０、７７５８１６０、７７５８１６２、７７５８１６６、７７５８１７１、７７６２６３８、７７６６０５５、７７７１０２５、７７７１０３２、７７７５６３４、７７８０２６４、７７８４９０５、７７８４９１０、７７９４０５０、７８１５２９０、７８１５２９１、７８３５０５５、７８６４００６、７８７４６４４、７８９１７７３、７８９３７９８、７８９６４６８、７８９６４７３、７９０１０２３、７９０５５７４、７９０５５８８、７９１４１１５、７９１８５４０、７９１８５４１、７９３１３５１、７９３４７９７、７９３４７９９、７９３４８０８、７９３８５２４、７９３９９９４、７９４６６７１、７９５０７７１、７９５０７７３、７９５０７７４、７９６０２０８、７９６７４２２、７９７１９６７、７９７１９７２、７９７１９７５、７９７３２７８、７９７６１３１、７９８７７８４、７９９２９６８、８００２９３３、８０１１７５７、８０２１６１４、８０２５３５５、８０４７６３３、８０５７０１４、８０６１７９５、８０６６３５５、８０７９６６９、８０７９６８８、８０８７７４０、８０８７７５７、８１０４４９７、８１０４５１５、８１０４８７８、８１１０８１３、８１２４２１８、８１６７４０６、８２２０４８７、８２２６１９９、８２２６２１７、８２３１２０７、８２５１４９５、８２６４３０７、８２８２１８１、８２８２２０２、８２８８２１１、８３２３９８２、８３３６９９０、８３７６５１３、８３８２２５８、８３８２２５９、８３９３７１４、８３９８２１０、８３９８２２１、８３９８２２２、８４１９１７６、８４４００９３、８４４４２６０、８４５５５７０、８４５９７８７、８４６５１２９、８４６５１４２、８４６８９３９、８４６９４９６、８４８０２２４、８４８５６５４、８５０６０３９、８５１７５１６、８５２３３２７、８５２３３２８、８５２９０２１、８５３０８５４、８５３４８１８、８５５０１１９、８５６２１２０、８５８５１８９、８５８５９７１、８６０２５３１、８６０２５３５、８６０４４１１、８６２９３９３、８６３２１６２、８６３３９５５、８６４１１７５、８６４６８８２、８６４６８８３、８６５１６３２、８６５１６３３、８６５２４０９、８６５６９５８、８６５７４１９、８６５９６３１、８６６８３１２、８６６８３１３、８６８４４８３、８６９５６４０、８６９６０９４、８７１４６７６、８７１７３９５、８７３６０８１、８７７０７２２、８７８３８０４、８７８４５４９、８７９１９７１、８８０２５６８、８８０６７５１、８８４５９１４、８８４６１８３、８８４７１４８、８９１６３９５、８９２９５８４、８９３２６７７、８９３６３５３、８９３６３５４、８９３９５５１、８９９１９８６、８９９２８５８、９０１０９０９、９０１７５３７、９１０３７６１、９１５１９４９、９１６２８７８、９１７４２２２、９１７４４３８、９２３４７９７、９５０８８２３、９６５３２５４、９６９６３７５、９７９９４８８、９８９７５３０、９９５３７８７、９９５６５６２、２００１００２１０５８、２００１００２２６８２、２００１００２９９８３、２００１００３３７９６、２００１００４５５２５、２００１００５４７７８、２００２００２４５６９、２００２００２９８１４、２００２００３３８６３、２００２００３６６７４、２００２００９７３００、２００２０１０１４７４、２００２０１２２１０２、２００２０１２７７３６、２００２０１３０９３１、２００２０１４４７３８、２００２０１７１７１６、２００３００１６２７５、２００３００１９８３３、２００３００２０７８４、２００３００２０７８６、２００３００２５７５８、２００３００２５７６１、２００３００４２１１７、２００３００６３１６６、２００３００８１０８２、２００３０１０３１０６、２００３０１３２８２４、２００３０１３２９８５、２００３０１３２９９５、２００３０１３７５６７、２００３０１４２１７５、２００３０１４６９５７、２００３０１７４１９０、２００３０２０２０５５、２００３０２０２７３５、２００３０２０２７３８、２００４０００１２６３、２００４００３１１５０、２００４００３２４４０、２００４００５１７５９、２００４００５６９２３、２００４００５６９２４、２００４００７５７１５、２００４００７５７１８、２００４００７９７２４、２００４００８０５５６、２００４００８５１５９、２００４００９２１２１、２００４００９４５０６、２００４００９５４３４、２００４００９５４４１、２００４００９９６３６、２００４０１００５２９、２００４０１１３９８３、２００４０１１８８０８、２００４０１１９７８４、２００４０１６０４９５、２００４０１６９６９７、２００４０１６９７０１、２００４０２０７６８７、２００４０２０７６８９、２００４０２０７６９０、２００４０２０７６９１、２００４０２１８０１６、２００４０２１８０２２、２００４０２４６３０５、２００４０２４６３０８、２００４０２４６３１１、２００４０２５７４００、２００４０２６３５５１、２００４０２６３５７７、２００５００１６９５１、２００５００１８０１５、２００５００１８０１６、２００５００１８０１７、２００５００２４４３４、２００５００２４４３５、２００５００２４４３６、２００５００２４４３７、２００５００２４４４３、２００５００３０３３８、２００５００３０３３９、２００５００３０３４２、２００５００３０３４３、２００５００３５９８３、２００５００３６００２、２００５００３７５３２、２００５００３９４５３、２００５００４１０５２、２００５００４１０５５、２００５００４１０６３、２００５００４６６６３、２００５００４６６７３、２００５００５２４９７、２００５００５２５１４、２００５００５７６２８、２００５００８３３７７、２００５００９３９３３、２００５００９３９３４、２００５００９７７４２、２００５００９９４６５、２００５００９９４６６、２００５０１０４９２２、２００５０１０９７３０、２００５０１１０８３２、２００５０１１２８８２、２００５０１１６９９０、２００５０１２８２４７、２００５０１２８２４９、２００５０１３１４９０、２００５０１３４６４８、２００５０１３４６４９、２００５０１４０７２６、２００５０１４０７２８、２００５０１４４７８１、２００５０１４４７８２、２００５０１４６５５９、２００５０１４６５６２、２００５０１４６５６３、２００５０１４６５６６、２００５０１５７０４２、２００５０１５７０８１、２００５０１５７０８２、２００５０１６６９８０、２００５０１６７７６９、２００５０１６８５３２、２００５０１６８５３３、２００５０１７４３７５、２００５０１７４３９４、２００５０１８５０
２１、２００５０１８９３１６、２００５０１８９３１７、２００５０２００６５９、２００５０２０６６８４、２００５０２１５０８９、２００５０２２５６０１、２００５０２２５６０２、２００５０２２５６０４、２００５０２２６７４２、２００５０２３１５６０、２００５０２３７７４３、２００５０２４２０５８、２００５０２４３１３４、２００５０２４８６２０、２００５０２５３８９７、２００５０２６４６０７、２００５０２６４６１２、２００５０２６９９０１、２００５０２７０３３５、２００５０２７０３３８、２００５０２７５６９０、２００５０２７５６９１、２００５０２７９０９０、２００５０２８５９０１、２００６０００７２６６、２００６０００７５１４、２００６００１７７７２、２００６００１８００５、２００６００３３７８５、２００６００３４００６、２００６００５４２２８、２００６００６１６２８、２００６００７２１８７、２００６００７７２３５、２００６００９２２２０、２００６００９３７５３、２００６００９８０４７、２００６０１０９３１０、２００６０１０９３１３、２００６０１１９６６１、２００６０１５２５５１、２００６０１９７８１０、２００６０２０２９３３、２００６０２２７１５６、２００６０２２７１６７、２００６０２２７１６８、２００６０２３８５７１、２００６０２５０４４８、２００６０２６８０４８、２００６０２６８０６４、２００６０２７４１１９、２００６０２７４１２１、２００７０００２００９、２００７０００８３８６、２００７０００８３９０、２００７００３０３１５、２００７００３０３２１、２００７００４６７５９、２００７００４８８８７、２００７００４８８９８、２００７００５２７６６、２００７００５９４９４、２００７００６４０３４、２００７００６４０３７、２００７００６４０６６、２００７００６４０６７、２００７００７０１３３、２００７００７０１６１、２００７００８０６９５、２００７００８１０３１、２００７０１０９３４５、２００７０１１５３１６、２００７０１２０８９１、２００７０１４６４３２、２００７０１５３０５８、２００７０１７６９６７、２００７０１７６９６８、２００７０１７６９７１、２００７０１８２７８４、２００７０１８２７８５、２００７０１８３６４３、２００７０１８８５５４、２００７０１８８５５６、２００７０１８８５５７、２００７０１８８５７０、２００７０２１１１０２、２００７０２１１１１２、２００７０２２２８０７、２００７０２２２８１９、２００７０２２２８２１、２００７０２２２８２６、２００７０２３６３１３、２００７０２５７９６６、２００７０２５７９７１、２００７０２６８３２７、２００７０２６８３４３、２００７０２９１０７０、２００７０２９１０９１、２００７０２９６７６５、２００８００１２９１３、２００８００１２９２３、２００８００２４５５６、２００８００３０５４４、２００８００３６８２１、２００８００５０２８３、２００８００７９７６０、２００８００９４４３２、２００８０１１１８５３、２００８０１１１８６３、２００８０１１７２５８、２００８０１２９８００、２００８０１２９８０９、２００８０１４１８８４、２００８０１６５２２６、２００８０１７３３６５、２００８０１８０７７８、２００８０１９２０９６、２００８０２０４５１４、２００８０２０４５１８、２００８０２０４５１９、２００８０２１０３１９、２００８０２１０３２０、２００８０２１０３２１、２００８０２１０３２２、２００８０２１１８７６、２００８０２１１８７７、２００８０２１１８７９、２００８０２２０２１６、２００８０２２０５３５、２００８０２３１６６９、２００８０２３６６６９、２００８０２４６８１７、２００８０２５２６９１、２００８０２６６３４１、２００８０２６６３５６、２００８０２６６３６１、２００８０２７３０５９、２００８０２７７００５、２００８０２７７００７、２００８０２７７２５８、２００８０２７８２６８、２００８０２７８５５９、２００８０２８９７１０、２００８０３０３８６６、２００８０３０３８７１、２００８０３０９６９３、２００８０３０９６９４、２００８０３０９６９５、２００８０３０９６９６、２００８０３０９６９７、２００８０３０９６９９、２００８０３０９７２０、２００８０３０９７２１、２００８０３０９７２２、２００８０３１６２４０、２００８０３１６２４１、２００８０３１６２４２、２００８０３１６２６２、２００８０３１６２７１、２００８０３１６２７６、２００８０３１８３４９、２００９０００２４７０、２００９００２７４４８、２００９００２７４５９、２００９００８５９７５、２００９００９１６０１、２００９００９１６０３、２００９０１２１１５６、２００９０１２２１１６、２００９０１２４０２９、２００９０１２８６０４、２００９０１５１４２２、２００９０１５３６１９、２００９０１５３９３６、２００９０１６０９１０、２００９０１７４０１４、２００９０１８５００７、２００９０１８９９５３、２００９０１９５５９８、２００９０１９５６１４、２００９０２０１３３９、２００９０２１３１８６、２００９０２１３１９１、２００９０２３７４３３、２００９０２３７４５０、２００９０２３７４５６、２００９０２３７４６１、２００９０２４４１９３、２００９０２４４１９４、２００９０２５６８９０、２００９０２６１２４４、２００９０２７８８９７、２００９０２８９９７９、２００９０２９５８６１、２００９０３０３２９０、２００９０３０３２９７、２００９０３０３３０３、２００９０３０９９０９、２００９０３２２８１２、２０１００００３７７２、２０１０００２６７６５、２０１０００３９４７８、２０１０００５０４１５、２０１０００５３２６８、２０１０００５３２７４、２０１０００５３２７５、２０１０００５３２７６、２０１０００７３４４１、２０１００１１０１２９、２０１００１１０１３０、２０１００１１８０７１、２０１００１４９２６８、２０１００１４９２７４、２０１００１７５７６７、２０１００１８７１０５、２０１００２００７８２、２０１００２０１７５０、２０１００２０８０００、２０１００２３１６４５、２０１００２４２７６５、２０１００２５３７４５、２０１００２６５２９８、２０１００２７６５８８、２０１００２７６６０６、２０１００２７７５４９、２０１００２９５８８７、２０１００３０２２９２、２０１１００２４９２３、２０１１００２５３５０、２０１１００２５７８０、２０１１００３７７９６、２０１１００３７７９７、２０１１００３７８０９、２０１１００９０２８８、２０１１０１０９６７５、２０１１０１０９６７７、２０１１０１０９７０５、２０１１０１５５５４８、２０１１０１６４０８１、２０１１０２０４０１８、２０１１０２０５３０６、２０１１０２０５３１９、２０１１０２５８８５１、２０１１０２６１１２３、２０１１０２６１１２４、２０１１０２６１１２５、２０１１０２６１１２６、２０１１０２７１８５７、２０１２００２６２５１、２０１２００２６２５２、２０１２００２６２５３、２０１２００２６２５９、２０１２００２６２６０、２０１２００２６２６１、２０１２００３８６９５、２０１２００４５６１５、２０１２００５６９５２、２０１２００９１３７４、２０１２０１０５５３５、２０１２０１０５５４８、２０１２０１０５５４９、２０１２０１０５５５０、２０１２０１０５５５３、２０１２０２６８５２５、２０１２０２６８５２７、２０１２０２６８５２８、２０１２０２６８５２９、２０１２０２６８５３０、２０１２０２６８５３１、２０１２０２９９９９８、２０１２０２９９９９９、２０１２０３０００００、２０１２０３００００１、２０１２０３０７２１１、２０１２０３１９３０３、２０１２０３２８８３４、２０１３００５９３９６、２０１３００６８１３１、２０１３００７００３１、２０１３００７２６１４、２０１３０１９９７３０、２０１３０２３５１０１、２０１３０２３５１０２、２０１３０２４９９８２、２０１３０２４９９８３、２０１３０２４９９８４、２０１３０２４９９８５、２０１３０２５２２３４、２０１３０２５７９９１、２０１３０２５７９９２、２０１３０２５７９９４、２０１３０２５７９９６、２０１３０２５７９９７、２０１３０２５８００２、２０１３０２７８６７７、２０１３０２７８６８９、２０１３０２８０８３１、２０１３０２８６１０８、２０１３０２８６１０９、２０１３０３０２７８５、２０１３０３２８９７６、２０１３０３２８９７７、２０１３０３３０４７５、２０１３０３４２５９７、２０１４０００９５２３、２０１４００１５８７８、２０１４００１５８７９、２０１４００１５８８０、２０１４００１５８９３、２０１４００１５９０１、２０１４００２１３４３、２０１４００８４３９０、２０１４０１２６７６２、２０１４０２１２９１７、２０１４０２２０６２１、２０１４０２６２９７２、２０１４０２７３４０８、２０１４０３０８７７０、２０１４０３２２４８９、２０１４０３６３６７８、２０１５００４３００２、２０１５０１８３６３３、２０１５０２１３９９６、２０１５０２６６７２６、２０１５０２７６０８９、２０１５０２９４８３８、２０１６００９１４７９、２０１６０１０３１７４、２０１６０１７２１９７、２０１６０１７３００１、２０１６０２０２２８６、２０１６０２４３８２７、２０１６０２６８０８４、２０１６０３２４５６４、２０１７０００１１９５、２０１７０１４６３６４、２０１７０３０３３８３、２０１８００７５９９４、および２０１８００７９６４０を参照されたく、これらの各々は、その全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
【００３９】
目的は、電界内の少なくとも２つの電極と、帯電されるように構成され、電界内の少なくとも２つの電極に近接するように配設され、少なくとも１０のアスペクト比を有する細長い変位可能な要素と、を備える、センサであって、要素が、少なくとも２つの電極の各々と相互作用して、細長い軸に沿って少なくとも９５％の引張である複合力を要素内に発生させるように構成され、その結果、要素が、条件によって変位されたとき、条件に対する電荷再分布の応答性または引き込みの不安定性を実質的に改変することなく、条件の大きさに対応する少なくとも２つの電極上の電荷再分布を誘導する、センサを提供することである。
【００４０】
また目的は、帯電されるように構成され、電界内の少なくとも２つの電極に近接するように配設された要素を備えるセンサであって、要素が、少なくとも２つの電極の各々と相互作用して、少なくとも９５％の引張である複合力を要素内に発生させ、その結果、要素が、条件によって公称位置から変位されたとき、条件の大きさに対応する少なくとも２つの電極上の電荷再分布を誘導する、センサを提供することである。少なくとも２つの電気的に隔離され分離された電極は、線形ギャップによって分離された固定導体対を備えてよく、固定導体対の各々は、それぞれの電位において維持され、電荷再分布に基づいて固定導体対の上の空間内の電界を感知し得る。軸は、好ましくは、線形ギャップにわたって方向付けられたベクトル成分を有し、帯電要素に対する正味の力は、感知された条件に応答する帯電要素の変位の状態に不感応性である。
【００４１】
また目的は、容量差を感知するための方法であって、感知された条件に応答する軸に沿って移動を有する帯電要素を電界内に提供することと、各々が電界と相互作用し、電界の摂動を電気的に感知するためのそれぞれの電極を有する、少なくとも２つの電気的に隔離され分離された導体を証明することであって、少なくとも２つの電気的に隔離され分離された導体が、帯電要素上で、軸に垂直の正味の力を発生させる、証明することと、条件に応答する軸に沿った帯電要素の移動によって引き起こされる電界の摂動を感知することであって、帯電要素の移動の範囲にわたって、電界内の帯電要素の位置が、条件に対する変位可能な要素の応答性を実質的に改変しないか、または引き込みの不安定性を引き起こさない、感知することと、を含む、方法を提供することである。
【００４２】
少なくとも２つの電気的に隔離され分離された導体は、線形ギャップによって分離された固定導体対を備えてよく、固定導体対の各々は、それぞれの電位において維持されて、電荷再分布に基づいて固定導体対の上の空間内の電界を感知し、軸は、ギャップにわたって方向付けられたベクトル成分を有し得、帯電要素に対する正味の力は、感知された条件に応答する帯電要素の変位の状態に不感応性である。
【００４３】
帯電要素は、音響振動に応答する可能性があり、感知された摂動は音響振動を定量的に表す。
【００４４】
帯電要素は、細長い軸を有し、一端から吊り下げられ、帯電要素を公称位置に戻す傾向がある復元力を有し、公称位置において、帯電要素の自由端は、少なくとも２つの電気的に隔離され分離された電極に近接している可能性がある。帯電要素と少なくとも２つの電気的に隔離され分離された電極との間の正味の力のベクトルは、細長い軸から５度未満、例えば、４度、３度、２度、１度などだけずれてよい。
【００４５】
さらなる目的は、容量性センサを提供することであり、この容量性センサは、少なくとも１つの空間ギャップによって互いに隔離された少なくとも２つの導体であって、各それぞれの導体が、少なくとも２つの導体および少なくとも１つの空間ギャップに近接する領域を占有する静電界と相互作用して、静電界の摂動に電気的に応答する、少なくとも２つの導体と、感知された条件に選択的に応答して空間ギャップに交差する方向成分を有し、かつ移動に対応する静電界を摂動させる変位軸に沿って移動するように構成されている変位可能な要素であって、変位可能な要素の移動の範囲にわたって、静電界が、感知された条件に対する変位可能な要素の応答性を実質的に改変しないか、または引き込みの不安定性を引き起こさない、変位可能な要素と、を備える。
【００４６】
少なくとも２つの導体は、線形空間ギャップによって分離された固定導体対を備え、固定導体対の各々は、それぞれの電位において維持されて、固定導体対のそれぞれの電位間の差に応じて、線形空間ギャップにわたって方向付けられた主要な電界ベクトル成分を有する、固定導体対の上の空間内の静電界を生成する可能性があり、変位可能な要素は、線形空間ギャップにわたって方向付けられたベクトル成分を有する変位軸を伴って構成されている帯電要素を備え得、その結果、静電界によって変位可能な要素に加えられる力は、感知された条件に応答する変位可能な要素の変位の状態に不感応性である。
【００４７】
変位可能な要素は、少なくとも１つのエッジ上で支持されていない。
【００４８】
変位可能な要素は、約１０μｍ未満の厚さを有する金属性または金属化されたポリマーダイアフラム；ファイバ；メッシュ；カーボンナノチューブおよびグラフェンシートのうちの少なくとも１つ；ならびに／またはエレクトレット、薄い金属シート、ポリシリコン、もしくは任意のドープされた半導体を備える。
【００４９】
変位可能な要素は、２つの異なる感知軸に沿って変位するように構成されてよく、少なくとも２つの導体は、少なくとも３つの導体を備える。
【００５０】
変位可能な要素は、ダイアフラムを備え、少なくとも２つの固定導体は、ダイアフラムと少なくとも２つの固定導体のいずれかとの間の電位差の変化が、変位軸に対してダイアフラムの有効剛性を実質的に変位または改変しないように一緒に構成されていてよい。
【００５１】
容量性センサは、各それぞれの導体から出力信号を発生させるように構成されているそれぞれのトランスインピーダンス増幅器をさらに備え得る。
【００５２】
変位可能な要素は、ダイアフラムにわたって圧力差を維持するために十分に隔離された両側を有する微細加工されたシリコンダイアフラムを備え、それぞれの環境ポートから、微細加工されたシリコンダイアフラムのそれぞれの側までの流体媒体のための少なくとも１つの経路を選択的に画成して、微細加工されたシリコンダイアフラムのそれぞれの側の圧力を選択的に改変するように構成されているハウジングをさらに備え得る。
【００５３】
偏向可能な要素は、慣性状態の変化に動的に応答する移動を有し得る。偏向可能な要素は、空気力学的影響に動的に応答する移動を有し得る。偏向可能な要素は、化学的または生化学的プロセスに動的に応答する移動を有し得る。
【００５４】
変位可能な要素と導体のうちの少なくとも１つとの間の電位は、少なくとも１Ｖ、例えば、３Ｖ、５Ｖ、１０Ｖ、１５Ｖ、２０Ｖ、３０Ｖ、５０Ｖ、１００Ｖ、２００Ｖ、３００Ｖ、４００Ｖ、または５００Ｖであり得る。変位可能な要素と導体のうちの少なくとも１つとの間の電界は、少なくとも０．１Ｖ／ｍｍ、例えば、０．５Ｖ／ｍｍ、１Ｖ／ｍｍ、２Ｖ／ｍｍ、３Ｖ／ｍｍ、４Ｖ／ｍｍ、５Ｖ／ｍｍ、１０Ｖ／ｍｍ、２５Ｖ／ｍｍ、５０Ｖ／ｍｍ、７５Ｖ／ｍｍ、１００Ｖ／ｍｍ、２００Ｖ／ｍｍ、３００Ｖ／ｍｍ、４００Ｖ／ｍｍ、５００Ｖ／ｍｍ、７５０Ｖ／ｍｍ、１０００Ｖ／ｍｍ、１５００Ｖ／ｍｍ、２０００Ｖ／ｍｍ、２５００Ｖ／ｍｍなどであり得る。場合によっては、電位は、隔離媒体の誘電強度において確立されることがある。例えば、空気は約３０００Ｖ／ｍｍの誘電強度を有する。
【００５５】
したがって、目的は、容量性センサを提供することであり、この容量性センサは、ギャップによって分離された同一平面上の表面の対と、同一平面上の表面に直角な平面内に配設され、ギャップに直角、かつ同一平面上の表面に平行な軸に沿って移動するように構成されているダイアフラムであって、ダイアフラムおよび同一平面上の表面の対は、導電性ダイアフラムと、同一平面上の導電性表面の対のいずれかとの間の電圧差が、ダイアフラムの有効剛性を実質的に偏向または改変しないように一緒に構成されている、ダイアフラムと、ダイアフラムの電位によって同一平面上の表面の対間で誘導される差動電荷を決定するように構成されている、同一平面上の表面の対およびダイアフラムの各々と電気的に通信する電極のセットと、を備える。
【００５６】
また目的は、振動または音を感知する方法であって、ギャップによって分離された同一平面上の表面の対と、同一平面上の表面に直角な平面内に配設され、ギャップに直角、かつ同一平面上の表面に平行な軸に沿って屈曲するように構成されているダイアフラムと、を提供することと、同一平面上の表面の対に対してダイアフラム上で電位を誘導することと、直角な軸に沿ったダイアフラムの屈曲に起因する同一平面上の表面の対上の誘導電荷の変化を感知することであって、ダイアフラムおよび同一平面上の表面の対は、電位がダイアフラムの有効剛性を実質的に偏向または改変しないように一緒に構成されている、感知することと、を含む、方法を提供することである。
【００５７】
センサは、差動電荷を増幅するように構成されているトランスインピーダンス増幅器をさらに備え得る。同一平面上の表面の各々における電位は、それぞれのトランスインピーダンス増幅器によって接地電位において維持され得、一方、電荷の変化は、ダイアフラムの移動によってそれぞれの同一平面上の表面上で誘導される。
【００５８】
ダイアフラムは、例えば、＜１０μｍ、＜７．５μｍ、＜５μｍ、＜３μｍ、＜２μｍ、＜１μｍの厚さを有する、例えば、金属化されたポリマー膜または微細加工されたシリコンを備え得る。
【００５９】
ダイアフラムは、電位計、加速度計、衝撃センサ、流量センサ、または他のタイプの電気的もしくは機械的センサとして作用し得るが、例えば、音響振動、例えば、人間の発話によって発生する音、または電界変動に応答して発振するように構成されることが好ましい。
【００６０】
センサは、環境ポートからダイアフラムの片側に、もしくは環境ポートの対の各々からダイアフラムのそれぞれの側に音響振動を選択的に方向付けるように構成されているハウジングをさらに備え得るか、または環境ポートから偏向可能な要素の片側までの流体媒体のための画成された経路を提供し得る。
【００６１】
ダイアフラムは、音場内の空気の移動に近似する移動を有し得る。
【００６２】
ダイアフラムは、移動の最低共振周波数を有し、音響波の音響速度とほぼ同相の最低共振周波数を超える周波数を有する音場内の空気の移動に応答して移動速度を有するように構成され得る。最低共振周波数は、例えば、＜２５０Ｈｚ、＜２００Ｈｚ、＜１５０Ｈｚ、＜１００Ｈｚ、＜８０Ｈｚ、＜５０Ｈｚ、＜３５Ｈｚ、＜２４Ｈｚ、＜２０Ｈｚ、＜１５Ｈｚ、または＜１０Ｈｚであり得る。
【００６３】
ダイアフラムと、同一平面上の表面のうちの少なくとも１つとの間の電位は、例えば、＞４００Ｖ、＞２００Ｖ、＞１００Ｖ、＞５０Ｖ、＞２４Ｖ、＞１２Ｖ、＞１０Ｖ、＞６Ｖ、または＞５Ｖであり得る。
【００６４】
また目的は、容量性センサを提供することであり、この容量性センサは、少なくとも１つの非導電性ギャップによって分離された少なくとも２つの固定導電性表面であって、各々が、関連する静電界を有し、複合力ベクトルを一緒に引き起こす、少なくとも２つの固定導電性表面と、感知された条件に対応する移動の振幅を有する、複合力ベクトルに直角な軸に沿って移動するように構成されている偏向可能な要素であって、要素が、固定導電性表面の対の各々の関連する静電界との静電相互作用を有するように構成され、軸に沿った要素の移動の範囲にわたって、複合力ベクトルが、偏向可能な要素の偏向を実質的に改変しない、偏向可能な要素と、を備える。容量性センサは、マイクロフォンであってよく、感知された条件は、音響波を含む。
【００６５】
偏向可能な要素は、ダイアフラム、例えば、カンチレバー支持ダイアフラム、対向するエッジ上に支持された（かつ支持間で自由に屈曲する）ダイアフラムもしくはビーム、有孔ダイアフラム、中実のダイアフラム、または金属化されたポリマーダイアフラムを備え得る。偏向可能な要素は、ファイバ、ファイバメッシュ、ファイバマット、または金属化されたエレクトロスピニングされたファイバを備え得る。偏向可能な要素は、中実のエッジ、例えば、機械的ダイアフラムの固有部分、または中実の境界要素を有するファイバメッシュを有し得る。偏向可能な要素は、カーボンナノチューブ、グラフェン、シリコン、微細加工されたシリコンもしくは他の材料、および／または窒化シリコンを備え得る。偏向可能な要素は、金属化された、ドープされた半導体、またはエレクトレットであり得る。センサは、付加製造プロセス、除去製造プロセス、または各々の態様を使用して製造できる。例えば、半導体作製では典型的に、堆積とエッチングの両方が採用される。製造プロセスは、単一のセンサ、またはセンサのアレイを生産するようにカスタマイズできる。
【００６６】
２つの自由端を有する両端で支持されたビームまたはプレートを表す移動電極が提供され得る。これらの２つのエッジは、図２に示すものと同様に、固定電極対に隣接している場合がある。この構成はリボンマイクロフォンによく似ており、すべてのリボンマイクロフォンのように、電気力学的ではなく容量性変換が可能である。容量性変換を使用すると、電気力学的変換では非常に難しい小型化が可能になる。
【００６７】
偏向可能な要素は、音響振動に応答して発振するように構成され得る。
【００６８】
偏向可能な要素は、単一の軸に沿って、２つの軸に沿って振動もしくは音響波に応答して偏向するように構成されてよいか、またはより多数の自由度（例えば、回転、内部振動および高調波、屈曲など）を有するように構成されてよい。
【００６９】
少なくとも２つの固定導電性表面は、同一平面上にあるか、または異なる平面に存在し得る。少なくとも２つの固定導電性表面は、少なくとも３つの導電性表面を備え得る。
【００７０】
偏向可能な要素はダイアフラムを備え、少なくとも２つの固定導電性表面は、ダイアフラムと少なくとも２つの固定導電性表面のいずれかとの間の電圧差が、ダイアフラムの有効剛性を実質的に偏向または改変しないように一緒に構成されてよい。
【００７１】
容量性センサは、偏向可能な要素の移動の間に誘導される電荷再分布を決定するように構成されている、導電性表面の少なくとも二対の各々と電気的に通信する電極のセットをさらに備え得る。
【００７２】
各それぞれの導電性表面から出力信号を発生させるように構成されている、それぞれのトランスインピーダンス増幅器を提供することができる。
【００７３】
容量性センサは、環境ポートから偏向可能な要素の片側に音響振動を選択的に方向付けるように、または環境ポートの対の各々から偏向可能な要素のそれぞれの側に音響振動を選択的に方向付けるように構成されているハウジングを有し得る。ハウジングは、環境ポートの対の各々からの流体媒体から偏向可能な要素のそれぞれの側までの画成された経路のセットを選択的に提供するように構成され得る。
【００７４】
偏向可能な要素は、偏向可能な要素を取り巻く音場内の空気の移動に近似する移動を有し得る。偏向可能な要素は、偏向可能な要素の慣性状態、すなわち、加速度、角回転などに対応する移動を有し得る。
【００７５】
偏向可能な要素は、約１０μｍ、７．５μｍ、５μｍ、３μｍ、または１μｍ未満の厚さを有するダイアフラムを備え得る。偏向可能な要素は、約１μｍ、８００ｎｍ、７５０ｎｍ、７００ｎｍ、６００ｎｍ、５５０ｎｍ、５００ｎｍ、４００ｎｍ、３００ｎｍ、２５０ｎｍ、２２５ｎｍ、２００ｎｍ、１７５ｎｍ、１５０ｎｍ、１２５ｎｍ、１００ｎｍ、８０ｎｍ、７５ｎｍ、６０ｎｍ、または５０ｎｍ未満の直径を有するファイバを備え得る。ダイアフラムまたはファイバは、例えば、＜１００ｎｍ、９０ｎｍ、８０ｎｍ、７５ｎｍ、７０ｎｍ、６０ｎｍ、５０ｎｍ、４０ｎｍ、３０ｎｍ、２５ｎｍ、２０ｎｍ、１５ｎｍ、または１０ｎｍの金のコーティングで金属化され得る。
【００７６】
偏向可能な要素は、例えば、２５０Ｈｚ、２００Ｈｚ、１７５Ｈｚ、１５０Ｈｚ、１２５Ｈｚ、１００Ｈｚ、８０Ｈｚ、７５Ｈｚ、７０Ｈｚ、６５Ｈｚ、６０Ｈｚ、５５Ｈｚ、５０Ｈｚ、４５Ｈｚ、４０Ｈｚ、３５Ｈｚ、３０Ｈｚ、２５Ｈｚ、２０Ｈｚ、１５Ｈｚ、または１０Ｈｚ未満の移動の最低共振周波数を有する。偏向可能な要素は、音響波の音響速度と同相のその最低共振周波数を超える周波数を有する音場内の音響波に対応する空気圧の変化に応答して移動するように構成され得る。
【００７７】
偏向可能な要素と導電性表面のうちの少なくとも１つとの間の電位は、少なくとも４００Ｖ、３００Ｖ、２４０Ｖ、２００Ｖ、１５０Ｖ、１２０Ｖ、１００Ｖ、７５Ｖ、４８Ｖ、２４Ｖ、１２Ｖ、１０Ｖ、６Ｖ、５Ｖ、３．３Ｖ、３Ｖ、２．５Ｖ、２Ｖ、１．５Ｖ、１Ｖ、または０．５Ｖであり得る。
【００７８】
偏向可能な要素は、２５０Ｈｚ未満の移動の最低共振周波数を有し得、最低共振周波数を超える周波数を有する音場内の音響波に応答して空気の移動の９０度未満の位相遅れを有する速度を有するように構成されている。偏向可能な要素は、１５０Ｈｚ未満の移動の最低共振周波数を有し得、最低共振周波数を超える周波数を有する音場内の音響波に応答して空気の移動の９０度未満の位相遅れを有する速度を有するように構成されている。偏向可能な要素は、８０Ｈｚ未満の移動の最低共振周波数を有し得、最低共振周波数を超える周波数を有する音場内の音響波に応答して空気の移動の９０度未満の位相遅れを有する速度を有するように構成されている。偏向可能な要素は、５０Ｈｚ未満の移動の最低共振周波数を有し得、最低共振周波数を超える周波数を有する音場内の音響波に応答して空気の移動の９０度未満の位相遅れを有する速度を有するように構成されている。偏向可能な要素は、２５Ｈｚ未満の移動の最低共振周波数を有し得、最低共振周波数を超える周波数を有する音場内の音響波に応答して空気の移動の９０度未満の位相遅れを有する速度を有するように構成されている。偏向可能な要素は、最低共振周波数を有し、最低共振周波数を超える周波数を有する空気の圧力変化に応答して９０度未満の位相遅れで移動し得る。
【００７９】
導電性表面の各々における電位は、それぞれのトランスインピーダンス増幅器によって接地電位において維持され得、一方、電荷の変化は、偏向可能な要素の移動によってそれぞれの導電性表面上で誘導される。
【００８０】
また目的は、振動を感知する方法であって、少なくとも２つの分離された導電性表面、および少なくとも２つの分離された導電性表面によって生成される偏向可能な要素上の力に垂直な偏向軸を有する偏向可能な要素を提供することと、少なくとも２つの導電性表面に対して偏向可能な要素上で電位を誘導することと、偏向軸に沿った偏向可能な要素の偏向に起因する少なくとも２つの導電性表面上の誘導電荷の変化を感知することであって、少なくとも２つの分離された導電性表面によって生成される偏向可能な要素上の力が、偏向可能な要素の偏向を実質的に改変しない、感知することと、を含む、方法を提供することである。誘導電荷の変化は、少なくとも１つのトランスインピーダンス増幅器によって感知され得る。偏向可能な要素は、標準の温度および圧力、ならびに２０％の相対湿度における空気中の音響波に応答する移動を有し得、これは、偏向可能な要素を取り巻く音場内の空気の移動に近似する。
【００８１】
偏向可能な要素は、最低共振周波数を有し得、最低共振周波数を超える周波数を有する空気中の音響波に応答して９０度未満の位相遅れで移動する。最低共振周波数は、例えば、２５０Ｈｚである。偏向可能な要素の移動は、外力、粘性抗力、圧力差などに対応し得る。偏向可能な要素の移動は、外力、例えば、応力またはひずみの変化、偏向可能な要素の膨張、収縮、膨潤、加熱、冷却などに対応し得る。
【００８２】
導電性表面の各々における電位は、それぞれのトランスインピーダンス増幅器によって接地電位において維持され得、一方、偏向は、偏向可能な要素の移動を引き起こして、それぞれの導電性表面上の電荷の変化を誘導する。
【００８３】
さらなる目的は、容量性感知方法を提供することであり、この方法は、関連する電界を有する少なくとも２つの電気的に隔離された電極、および関連する電界内の帯電要素を備えるセンサを提供することであって、帯電要素が、帯電要素と少なくとも２つの電気的に隔離された電極との間の静電力に直交する感知された条件に応答する移動の軸を有し、かつ帯電要素と少なくとも２つの電気的に隔離された電極との間の静電力の大きさに機械的に応答しない、センサを提供することと、移動の軸に沿って少なくとも２つの電気的に隔離された電極に対して帯電要素の移動を誘導することと、帯電要素の移動の結果として、少なくとも２つの電気的に隔離された電極の各々上で誘導された電荷を感知することと、移動に対応する信号を生成することと、を含む。感知された条件は、音であり得る。
【００８４】
帯電要素は、一端から吊り下げられ、細長い軸を有し得、帯電要素を公称位置に戻す傾向がある復元力を有し、公称位置において、帯電要素の自由端は、少なくとも２つの電気的に隔離された電極に近接しており、帯電要素と少なくとも２つの電気的に隔離された電極との間の静電力は、細長い軸に平行である。
【００８５】
帯電要素は、細長い軸を有し、弾性カンチレバーによって支持され、細長い軸は、静電力に平行であり、少なくとも２つの電気的に隔離された電極間のギャップに方向付けられ得る。
【００８６】
少なくとも２つの電気的に隔離された電極の各々は、移動の軸に沿って帯電要素に力成分を及ぼし得、移動の軸に沿って帯電要素に及ぼされる力成分の重ね合わせは、移動の軸に沿って正味の力を相殺する。
【００８７】
帯電要素は、約１ミクロン未満の直径を有するフィラメントを備え得る。帯電要素は、約５５０ｎｍ未満の直径を有するフィラメントまたは導電性フィラメントを備え得る。空気中の移動は、粘性抗力によって支配される２５０Ｈｚを超える周波数における音響振動に応答している可能性がある。
【００８８】
帯電要素は、移動の軸に沿ってのみ導電性有孔プレートの移動を支持するカンチレバー支持体を有する導電性有孔プレートを備え得る。帯電要素は、粘性抗力によって支配される１００Ｈｚを超える周波数における音響振動に応答する空気中の移動を有し得る。
【００８９】
帯電要素は、細長いプロファイルおよび細長い軸を有し得、細長い軸は、静電力のベクトルに対して約３度未満、２度未満、１度未満、または０．５度未満の角度を有する。
【００９０】
帯電要素は、移動の軸に垂直な細長いプロファイルおよび細長い軸を有し得、移動の軸に沿った静電力の力成分は、細長い軸に沿った静電力の力成分よりも少なくとも−１８ｄＢ、−２０ｄＢ、−２４ｄＢ、−２８ｄＢ、−３０ｄＢ、−３３ｄＢ、−３６ｄＢ、または−４０ｄＢ低い。
帯電要素は、静電力に平行な細長い軸を有し、引張剛性を有し得、帯電要素は、静電力が引張剛性を超える前に静電力による引き込みを受けない。
【００９１】
少なくとも２つの電気的に隔離された電極は帯電要素に関して対称であり、信号は、各それぞれの電極にトランスインピーダンス増幅器を提供することと、それぞれのトランスインピーダンス増幅器の出力の電圧差に基づいて決定された帯電要素の移動とによって生成され得る。
【００９２】
別の目的は、方向性マイクロフォンまたはセンサであって、関連する電界を有する少なくとも２つの電気的に隔離された電極と、固定位置の周りに移動の軸を有し、例えば、音に応答して、帯電要素と少なくとも２つの電気的に隔離された電極との間の静電力に直交する移動の軸に沿って移動するように構成されている、関連する電界内の帯電要素と、例えば、音に応答して、移動に応じた出力を発生させ、帯電要素に対して偏向力を発生させ、それによって帯電要素の移動の軸を改変するように構成されている電子回路と、を備える、方向性マイクロフォンまたはセンサを提供することである。入力は、帯電要素の移動の所望の軸を定義する信号を受信することができる。
【００９３】
また目的は、波、例えば、音または振動の伝搬ベクトルを決定する方法であって、関連する電界を有する少なくとも２つの電気的に隔離された電極と、固定位置の周りに移動の軸を有し、帯電要素と少なくとも２つの電気的に隔離された電極との間の静電力に直交する移動の軸の周りに移動するように構成されている、関連する電界内の帯電要素と、を提供することと、軸に沿った移動に応じて第１の出力を発生させることと、関連する電界を改変するための信号を受信し、それによって帯電要素を偏向させて、それによって移動の軸を第２の移動の軸に改変することと、第２の軸に沿った移動に応じて第２の出力を発生させることと、第１の出力および第２の出力を分析して振動のベクトル伝搬特性を決定することと、を含む、方法を提供することである。
【００９４】
また目的は、少なくとも２つの電極を有する電界内に配設された帯電（または帯電可能）要素を備えるセンサを提供することであり、帯電（または帯電可能）要素は、少なくとも２つの電極の各々と相互作用して、引張のみであり、帯電要素の公称位置からの偏向傾向を有しない複合力を帯電要素内に発生させ、その結果、帯電要素は、公称位置から偏向されたとき、感知され得る電極上で電荷再分布を誘導する。
【００９５】
偏向は、様々な影響によって引き起こされる可能性がある。例えば、マイクロフォンの実施形態では、音は、帯電要素に作用して、圧力変動またはバルクフローパターン（例えば、粘性抗力）に対応する移動パターンでそれを変位させることがある。
【００９６】
加速度計の実施形態では、帯電要素は、プルーフ質量または慣性質量に対応する移動であり得るか、またはその移動を有し得る。
【００９７】
衝撃センサでは、慣性質量が時間の経過とともに機械的に積分されるか、または出力が時間の経過とともに電気的に積分されて、インパルスの大きさが決定される。
【００９８】
同様に、ジャイロスコープ（例えば、ＭＥＭＳジャイロスコープ）では、帯電要素は、コリオリの力またはジャイロスコープの反力に直接的または間接的に応答し得る。
【００９９】
帯電要素は、例えば、非対称の曲げ効果を感知することができるマイクロカンチレバービームであり得る。例えば、ビームの一方の側が、化学的に応答性の材料でコーティングされ、他方の側がそのようにコーティングされていない場合、または一方の側が、それが応答する化学物質に選択的に曝露された場合、偏向を測定することができる。典型的に、デバイスの低周波数応答（＜１Ｈｚまたは０．１Ｈｚ）が低いかまたはノイズを受けやすいことがあるため、帯電要素は振動するように誘導される場合がある。この場合、振動は、帯電要素のオフセット位置の周波数変調として作用する。
【０１００】
マイクロカンチレバーはまた、特定のタイプの化学種に対する曝露量に基づいて帯電要素の質量を変化させる効果を有する選択的化学吸着剤でコーティングすることができる。この場合、マイクロカンチレバーを振動させて動的特性を感知することにより、帯電要素の質量変化を感知することがしばしば有用である。例えば、マイクロカンチレバーには弾性マウントがあり、帯電要素の移動の共振周波数はその質量に依存する。非共振システムでは、定義された力に応答して誘導される帯電要素の慣性は、帯電要素の質量とともに変化する。
【０１０１】
場合によっては、帯電要素のマウントは、感知された条件とともに変動する関連する物理的特性を有する。例えば、マウントは熱応答性材料であり得る。したがって、マウントの温度が変化すると、帯電要素のマウントの機械的特性が感知される可能性がある。これは、偏向、減衰係数、またはばね力などであり得る。
【０１０２】
帯電要素は、それが浸漬されている媒体の流体の動的特性のセンサとしても作用する可能性がある。例えば、サブミクロンファイバなど、流体抗力がバルクフローへの応答において支配的な要因であるファイバを提供する代わりに、遷移領域範囲内にあるより大きいファイバが提供される。したがって、媒体内の標準化された振動に応じたファイバの移動は、媒体の特性に基づいて改変される。媒体が均一であり、一定の温度および圧力である場合、質量および／または粘度の変化が帯電要素の応答に反映される。
【０１０３】
場合によっては、センサのアレイが提供され得る。例えば、アレイは、音波などの条件の空間的または体積的な違いを感知する場合がある。帯電要素は方向性である可能性があり、その結果、空間および体積センサは、伝搬ベクトル、散乱、および他の影響に関する情報を発生させる可能性があることに注意されたい。他の場合には、センサのアレイは、所望されない信号成分をヌル化するかまたは相殺し、所望の信号成分を選択するかまたはそれに応答するように構成または処理され得る。
【０１０４】
別の目的は、少なくとも２つの電極を有する電界内に配置されて帯電されるように構成されている要素を備えるセンサを提供することであり、要素は、少なくとも２つの電極の各々と相互作用して、引張のみであり、公称位置からの偏向傾向のない複合力を要素内に発生させ、その結果、要素は、公称位置から偏向されたとき、少なくとも２つの電極上で電荷再分布を誘導する。
【０１０５】
要素は、例えば、加速度、コリオリの力、非対称の曲げ力、媒体と要素の表面との化学的相互作用、媒体と要素の表面との生物学的相互作用、または媒体と要素の表面との化学吸収相互作用に応答する移動または偏向を有し得る。センサは機械的積分器をさらに備えてよく、要素は、衝撃に応答する移動を有する。
【０１０６】
複合力は発振していることがあり、要素は、少なくとも発振する複合力に応答する偏向を有する。
【０１０７】
センサは、要素の偏向に対応する信号を発生させるように構成されている電子増幅器をさらに備え得る。
【０１０８】
センサは、要素の偏向の時間応答を分析することを決定するように構成されている電子デバイスをさらに備え得る。
【０１０９】
時間応答は、振動周波数、共振周波数、または位相遅延を含み得る。
【０１１０】
要素の偏向は、例えば、要素を取り巻く流体の温度、圧力、照度、および／または粘度に応答し得る。
【０１１１】
センサは、要素を枢動可能に支持する、要素のための弾性マウントをさらに備え得る。要素の偏向は、弾性マウントの物理的特性の変化に応答し得る。要素の偏向は、周囲の媒体との弾性マウントの化学的相互作用に応答し得る。
【０１１２】
要素は、関連する触媒を有し得、要素の偏向は、関連する触媒のための基質の量に応答する。
【０１１３】
別の目的は、空間アレイに配置された、電気的に帯電されるように構成されている複数の要素を備える、センサアレイを提供することであり、空間の各それぞれの要素は、少なくとも２つのそれぞれの電極によって制御される電界内に配設され、それぞれの要素は、少なくとも２つのそれぞれの電極の各々と相互作用して、複合力による公称位置からの偏向傾向が実質的になしに、それぞれの要素内に複合引張力を発生し、その結果、それぞれの要素は、偏向の際に少なくとも２つのそれぞれの電極上で電荷再分布を誘導する。空間アレイは、複数の要素の三次元アレイを提供し得る。センサアレイは、複数の要素を取り囲む外部条件勾配をさらに備え得る。センサアレイは、複数の要素において温度勾配を作り出すように構成されている熱制御をさらに備え得る。センサアレイは、空間アレイに画像を投影するように構成されている光学システムをさらに備え得る。それぞれの要素は、複数のそれぞれの異なる選択的化学応答を有し得る。
【０１１４】
センサの環境が、ある範囲にわたって、典型的には漸進的に変動する、異なる条件を提供するように制御されるアレイも提供され得る。例えば、異なる温度に維持されるセンサの線形アレイが提供され得る。これは、アレイの一端にある熱源によって引き起こされる温度勾配を提供するのと同じくらい簡単な場合がある。次に、アレイは、温度範囲にわたって媒体の特性を感知することができる。同様に、照度または他の電磁放射、磁界、回転軸からの距離などの他の勾配を加えることができる。
【０１１５】
上で論じたように、化学センサを使用することができ、アレイは、センサ、感知環境、または感知される媒体の漸進的に（または他の方法で）変動する特性を有することができる。
【０１１６】
センサは、例えば、媒体中の分析物と選択的に相互作用する触媒（無機、有機、酵素など）を含み得る。これは様々な効果を発生させる可能性があるが、多くの場合、熱（熱エネルギー）またはレドックス電位の変化が、利用可能な出力である。熱を感知するために、静的特性（偏向位置）または動的特性（振動の周波数、振動の振幅など）を測定できる。
【０１１７】
レドックスの変化は、帯電要素の電圧（電荷）を改変し、したがって、変調された電荷に依存する出力を発生させるために使用できるため、特に興味深いものである。レドックスの変化は、導電率、および他の特性も改変する可能性がある。例えば、レドックスの変化は、レーザまたは発光ダイオード（半導体または有機半導体）などの光学システムと相互作用することができる比色レドックスインジケータで測定することができる。その結果、温度が変化する可能性がある。しかしながら、パルス照明システムでは、パルスへの帯電要素の結合は、その光吸収に応じて変動する可能性があり、したがって、バルク温度を大きく変化させることなく動的応答を測定することができる。
【０１１８】
場合によっては、センサが流体感知を提供し得る。一部の液体は誘電性で非導電性であるが、多くの液体は導電性であり、帯電要素上の電荷を放出するため、典型的に、感知電極と電荷要素との間に液体が存在すると問題が発生する。しかしながら、水溶液と生体分析物を考慮すると、これらは典型的に、関連する電界が感知される空間には禁忌であり、この領域内の高湿度でさえ、信頼性の高い感知には問題となる可能性がある。１つの解決策は、＜１．２３Ｖ（水の加水分解電位）において動作するセンサを製造し、放電された電荷を補充する電流を帯電要素に供給することである。このセンサは導電性センサとして作用する場合があり、電極間で分割される電流は位置に依存することに注意されたい。しかしながら、電流に関係なく、力は電荷および距離に依存するため、場合によっては、電極と帯電要素との間の引力が依然として関連している可能性がある。
【０１１９】
代替の解決策は、壁のある流体空間内に分析物を提供し、壁の反対側の流体空間の外側に帯電要素を取り付けることである。電気的または熱力学的要因を改変する流体空間の変化は、壁を通して感知され、帯電要素の電気的（電荷）または機械的特性の変化に反映され得る。例えば、グルコースセンサは、流体空間内の固定化されたグルコースオキシダーゼ酵素によって実装され得る。グルコースオキシダーゼは、グルコノラクトンへのグルコースの変換を触媒し、ＦＡＤはＦＡＤＨ２に還元され、これはレドックスメディエータによって酸化されてＦＡＤに戻り、次に電極反応によって酸化される。（当然のことながら、この電位は、直接測定され得る）。この場合、電極は帯電要素に結合されており、帯電要素上の電荷はグルコースの酸化に依存している。帯電要素が移動するように誘導された場合、信号の振幅は、グルコースの酸化によって帯電要素上で誘導される電荷に依存する。他の酵素カップリング反応も同様に感知され得る。この実施形態の１つの利点は、それが水性媒体と電子回路との電気的隔離を達成することである。別の利点は、それが、介在する条件および重なり合う効果に潜在的に反応することである。例えば、２つの酵素が競合反応または並行反応に関与している場合、それらの反応の出力は、和または差が生じる可能性がある。
【０１２０】
帯電要素は、感知された効果によって動きへと直接誘導されるか、または別の機械的要素と結合されて間接的に動くように誘導され得る。同様に、感知された効果による動きの変調は、感知された相互作用の直接的な効果であるか、または介在する要素を介して間接的であり得る。
【０１２１】
イメージングセンサ、例えば、紫外線、可視、赤外線、遠赤外線、テラヘルツ放射などによる照度によって変位または振動が変調される要素の空間アレイ、および感知のためにアレイ上に画像を投影する光学システムが、実装されてよい。半導体ＣＣＤまたはフォトダイオードイメージャでは比較的難しい長波長感知は、特に魅力的な用途である。感知電極は、その移動範囲にわたって移動要素の細長い軸と整合する電界を有するように設計されているので、引き込み効果が回避されることに注意されたい。しかしながら、これは、「裏面」照射を可能にするために実装でき、すなわち、画像はデバイスの電極側を介してアレイ（または単一の要素センサ）に投影される。移動要素の振動は、移動要素の周りに時間変動する電界を提供することによって、例えば、感知電極を変調するか、または追加の「駆動」電極システムを提供することによって誘導され得る。いずれにせよ、電界が変調される場合、電子回路は概して、加えられた信号を復調しながら、変調をフィルタリングまたは補償し得る。
【０１２２】
センサを使用するシステムは、携帯電話（スマートフォン）または他のコンシューマ電子デバイス、自動車またはその構成要素、飛行物体またはドローン、電話、コンピュータ、ディスプレイデバイス、軍用軍需品、玩具などであり得る。センサは、様々な用途において従来のタイプの容量性センサに取って代わることができ、この利点により新しい用途が可能になる。
【０１２３】
本技術を使用するように修正され得る様々なセンサ、およびそのようなセンサの使用が知られている。６１９９５７５、６６２１１３４、６６７０８０９、６７４９５６８、６８４８３１７、６８８９５５５、６９２６６７０、６９３５１６５、６９９４６７２、７０３６３７２、７０４６００２、７０７３３９７、７０７７０１０、７０７８７９６、７０９３４９４、７１０９８５９、７１４３６５２、７１６４１１７、７１６９１０６、７２０４１６２、７２０５１７３、７２６０９８０、７２６０９９３、７３４０９４１、７３６８３１２、７３９７４２１、７４０２４４９、７４２５７４９、７４５１６４７、７４７４８７２、７５１８４９３、７５１８５０４、７５３９５３２、７５３９５３３、７５４３５０２、７５５８６２２、７５６２５７３、７６６３５０２、７６７７０９９、７６８９１５９、７６９４３４６、７７３２３０２、７７３３２２４、７７４８２７２、７７７５２１５、７７７５９６６、７７８４３４４、７７８６７３８、７７９５６９５、７８１０３９４、７８４９７４５、７８７８０７５、７９１５８９１、７９２３９９９、７９５０２８１、７９７７６３５、７９８４６４８、８０００７８９、８０１６７４４、８０２０４４０、８０３７７５７、８０６１２０１、８１０３３３３、８１０８０３６、８１１８７５１、８１２１６７３、８１２１６８７、８１２９８０２、８１３０９８６、８１３６３８５、８１４３５７６、８１４６４２４、８１７１７９４、８１８７７９５、８２１５１６８、８２３５０５５、８２６８６３０、８２７８９１９、８３２３１８８、８３２３１８９、８３２８７１８、８３３８８９６、８３４４３２２、８３４７７１７、８３５２０３０、８３６８１５４、８３７１１６６、８３９０９１６、８３９７５７９、８４１８５５６、８４２５４１５、８４２７１７７、８４３４１６０、８４３４１６１、８４４９４７１、８４６１９８８、８４６４５７１、８４６７１３３、８４７２１２０、８４７５３６８、８４７７４２５、８４７７９８３、８４８２８５９、８４８８２４６、８５００６３６、８５１６９０５、８５２５６７３、８５２５６８７、８５３１２９１、８５３４１２７、８５４２３６５、８５７８７７５、８６１５３７４、８６４６３０８、８６５２０３８、８６６９８１４、８６７７８２１、８６８０９９１、８６８４２５３、８６８４９００、８６８４９２２、８７０８９０３、８７１３７１１、８７１７０４６、８７１９９６０、８７２７９７８、８７４２９４４、８７４７３１３、８７４７３３６、８７５０９７１、８７６４６５１、８７８７６００、８８１４６９１、８８３１７０５、８８３３１７１、８８３３１７５、８８４５５５７、８８４８１９７、８８５０８９３、８８７５５７８、８８７８５２８、８９２４１６６、８９３９１５４、８９６３２６２、８９６４２９８、８９６８１９５、９０００８３３、９００７１１９、９０２０７６６、９０２８４０５、９０３４７６４、９０４６５４７、９０５２１９４、９０５２３３５、９０６０６８３、９０７４９８５、９０８６３０２、９０９４０２７、９０９６４２４、９０９７８９０、９０９７８９１、９１０７５８６、９１１８３３８、９１２８１３６、９１２８２８１、９１２９２９５、９１３４５３４、９１５１７２３、９１５９７１０、９１８２５９６、９１９０９３７、９１９４７０４、９１９９２０１、９２０４７９６、９２１５９８０、９２２２８６７、９２２３１３４、９２２８９１６、９２２９２２７、９２３７２１１、９２３８５８０、９２５０１１３、９２５２７０７、９２８５５８９、９２９１６３８、９３０７３１９、９３２２６８５、９３２９６８９、９３３５２７１、９３４１８４３、９３５１６４０、９３５９１８８、９３６４３６２、９３６６８６２、９３８９０７７、９３８９２１５、９４００２３３、９４０４９５４、９４２３２５４、９４４１９４０、９４４４４０４、９４５９１００、９４５９６７３、９４６５０６４、９４７３８３１、９４７６９７５、９４９４４７７、９５１８８８６、９５２２２７６、９５２８８３１、９５３４９７４、９５４１４６４、９５４９６９１、９５５７３４５、９５６８４６１、９５７５０８９、９５８２０７２、９５８４９３１、９５８８１９０、９５９６９８８、９６２８９１９、９６３１９９６、９６４４９６３、９６５１５３８、９６５８１７９、９６８３８４４、９６８９８８９、９６９５０３８、９６９６２２２、９７０８１７６、９７２２５６１、９７３３２３０、９７３３２６８、９７５９９１７、９７７５５２０、９７７８３０２、９７８１５２１、９８０１５４２、９８１４４２５、９８２０６５７、９８２０６５８、９８３５６４７、９８３８７６７、９８３９１０３、９８４３８５８、９８４３８６２、９８４４３３５、９８４６０９７、９８５６１３３、９８６３７６９、９８６５１７６、９８６６０６６、９８６７２６３、９８７５４０６、９８９７４６０、９８９７５０４、９９０１２５２、９９０３７１８、９９０７４７３、９９１００６１、９９１００６２、９９３８１３３、９９４５７４６、９９４５８８４、９９５８３４８、９９７０９５８、９９７６９２４、２００２０１５１８１６、２００２０１７７７６８、２００２０１９３６７４、２００４０００７０５１、２００４０１１９５９１、２００４０２０７８０８、２００４０２６０４７０、２００５０００１３１６、２００５０００１３２４、２００５００４６５８４、２００５００６６７２８、２００５００７２２３１、２００５０１０４２０７、２００５０１３９８７１、２００５０１９９０７１、２００５０１９９０７２、２００５０２６５１２４、２００６００５６８６０、２００６００８１０５４、２００６００８１０５７、２００６０１０７７６８、２００６０１７８５８６、２００６０２０５１０６、２００６０２０８１６９、２００６０２１１９１２、２００６０２１１９１３、２００６０２１１９１４、２００６０２４８９５０、２００７００２３８５１、２００７００２９６２９、２００７００８９５１２、２００７００８９５１３、２００７０１２５１６１、２００７０１２９６２３、２００７０２０９４３７、２００７０２３０７２１、２００７０２４１６３５、２００７０２６５５３３、２００７０２７３５０４、２００７０２７６２７０、２００８０００１７３５、２００８０００４９０４、２００８００２１３３６、２００８００７９４４４、２００８００８１９５８、２００８０１４９８３２、２００８０１６３６８７、２００８０１６９９２１、２００８０１８８０５９、２００８０２０２２３７、２００８０２８１２１２、２００８０２９４０１９、２００９００２２５０５、２００９００２４０４２、２００９００４９９１１、２００９００６４７８１、２００９００６４７８５、２００９００７２８４０、２００９００７８０４４、２００９０１１４０１６、２００９０１３３５０８、２００９０１４０３５６、２００９０２２７８７６、２００９０２２７８７７、２００９０２５５３３６、２００９０２８２９１６、２００９０３１８７７９、２００９０３２０５９１、２０１０００３９１０６、２０１０００４９０６３、２０１０００８３７５６、２０１００１０００７９、２０１００１３２４６６、２０１００１４７０７３、２０１００１８６５１０、２０１００２３８４５４、２０１００２４２６０６、２０１００２４４１６０、２０１００２５１８００、２０１００２７１００３、２０１００２７５６７５、２０１００３０８６９０、２０１１００１０１０７、２０１１００４９６５３、２０１１００６１４６０、２０１１００６２９５６、２０１１００７３４４７、２０１１００８９３２４、２０１１０１００１２６、２０１１０１１５６２４、２０１１０１２０２２１、２０１１０１３８９０２、２０１１０１８１４２２、２０１１０１９２２２６、２０１１０１９２２２９、２０１１０２２６０６５、２０１１０２５４１０７、２０１１０２６７２１２、２０１１０２９５２７０、２０１１０３１７２４５、２０１２０００４５６４、２０１２００２５２７７、２０１２００３２２８６、２０１２００３４９５４、２０１２００４３２０３、２０１２００７５１６８、２０１２００９２１５６、２０１２００９２１５７、２０１２００９５３５２、２０１２００９５３５７、２０１２０１３３２４５、２０１２０１９２６４７、２０１２０１９４４１８、２０１２０１９４４１９、２０１２０１９４４２０、２０１２０１９４５４９、２０１２０１９４５５０、２０１２０１９４５５１、２０１２０１９４５５２、２０１２０１９４５５３、２０１２０２００４８８、２０１２０２００４９９、２０１２０２００６０１、２０１２０２０６１３４、２０１２０２０６３２２、２０１２０２０６３２３、２０１２０２０６３３４、２０１２０２０６３３５、２０１２０２０６４８５、２０１２０２１２３９８、２０１２０２１２３９９、２０１２０２１２４００、２０１２０２１２４０６、２０１２０２１２４１４、２０１２０２１２４８４、２０１２０２１２４９９、２０１２０２１８１７２、２０１２０２１８３０１、２０１２０２３５８４７、２０１２０２３５８８３、２０１２０２３５８８４、２０１２０２３５８８５、２０１２０２３５８８６、２０１２０２３５８８７、２０１２０２３５９００、２０１２０２３５９６９、２０１２０２３６０３０、２０１２０２３６０３１、２０１２０２４２５０１、２０１２０２４２６７８、２０１２０２４２６９７、２０１２０２４２６９８、２０１２０２４５４６４、２０１２０２４９７９７、２０１２０２９１５４９、２０１２０３１３７１１、２０１２０３３０１０９、２０１３０００２２４４、２０１３０００９７８３、２０１３００２３７９４、２０１３００２３７９５、２０１３００４７７４６、２０１３００５０１５５、２０１３００５０２２６、２０１３００５０２２７、２０１３００５０２２８、２０１３００６９７８０、２０１３００７２８０７、２０１３００８００８５、２０１３００９５４５９、２０１３０１０４６５６、２０１３０１２７９８０、２０１３０１３３３９６、２０１３０１５６６１５、２０１３０１７０６８１、２０１３０１７２６９１、２０１３０１７２８６９、２０１３０１７８７１８、２０１３０１８６１７１、２０１３０１９１５１３、２０１３０１９７３２２、２０１３０２０１３１６、２０１３０２０４４８８、２０１３０２１１２９１、２０１３０２１５９３１、２０１３０２２１４５７、２０１３０２２６０３４、２０１３０２２６０３５、２０１３０２２６０３６、２０１３０２３１５７４、２０１３０２６３６６５、２０１３０２７６５１０、２０１３０２７８６３１、２０１３０２７９７１７、２０１３０２９７３３０、２０１３０３１４３０３、２０１３０３１７７５３、２０１３０３２８１０９、２０１３０３３０２３２、２０１３０３４０５２４、２０１４００１１６９７、２０１４００２６６８６、２０１４００３１２６３、２０１４００４１４５２、２０１４００４７９２１、２０１４００４９２５６、２０１４００５３６５１、２０１４００５５２８４、２０１４００６３０５４、２０１４００６３０５５、２０１４００７７９４６、２０１４００９０４６９、２０１４００９４７１５、２０１４０１０４０５９、２０１４０１１１０１９、２０１４０１１１１５４、２０１４０１２１４７６、２０１４０１３０５８７、２０１４０１４２３９８、２０１４０１４３０６４、２０１４０１６３４２５、２０１４０１７６２５１、２０１４０１８８４０４、２０１４０１８８４０７、２０１４０１９２０６１、２０１４０１９２８３６、２０１４０１９４７０２、２０１４０２１７９２９、２０１４０２２５２５０、２０１４０２３５９６５、２０１４０２４９４２９、２０１４０２５０９６９、２０１４０２５３２１９、２０１４０２５７１４１、２０１４０２６０６０８、２０１４０２６６０６５、２０１４０２６６２６３、２０１４０２６６７８７、２０１４０２９６６８７、２０１４０２９９９４９、２０１４０３０６６２３、２０１４０３１９６３０、２０１４０３２１６８２、２０１４０３３０２５６、２０１４０３５２４４
６、２０１５００１９１３５、２０１５００６８０６９、２０１５００８２８７２、２０１５００９６３７７、２０１５００９９９４１、２０１５０１０５６３１、２０１５０１２５００３、２０１５０１２５８３２、２０１５０１２６９００、２０１５０１４１７７２、２０１５０１５４３６４、２０１５０１６３５６８、２０１５０１７１８８５、２０１５０１７６９９２、２０１５０２１１８５３、２０１５０２２０１９９、２０１５０２２６５５８、２０１５０２５０３９３、２０１５０２６０７５１、２０１５０２６８０６０、２０１５０２６８２８４、２０１５０２６９８２５、２０１５０２７６５２９、２０１５０３０９３１６、２０１５０３０９５６３、２０１５０３２３４６６、２０１５０３２３５６０、２０１５０３２３６９４、２０１５０３３８２１７、２０１５０３５１６４８、２０１５０３５９４６７、２０１５０３７４３７８、２０１５０３７７６６２、２０１５０３７７９１６、２０１５０３７７９１７、２０１５０３７７９１８、２０１６００００４３１、２０１６００００４３７、２０１６０００２０２６、２０１６０００３６９８、２０１６０００６４１４、２０１６００３０６８３、２０１６００４１２１１、２０１６００６６７８８、２０１６００７６９６２、２０１６０１３０１３３、２０１６０１３１４８０、２０１６０１３７４８６、２０１６０１３９１７３、２０１６０１４０８３４、２０１６０１６１２５６、２０１６０１７６７０４、２０１６０１８７６５４、２０１６０２０２７５５、２０１６０２０９６４８、２０１６０２１３９３４、２０１６０２２３５７９、２０１６０２３１７９２、２０１６０２３２８０７、２０１６０２３５４９４、２０１６０２４１９６１、２０１６０２７４１４１、２０１６０２８７１６６、２０１６０３０５７８０、２０１６０３０５８３５、２０１６０３０５８３８、２０１６０３０５９９７、２０１６０３１００２０、２０１６０３２０４２６、２０１６０３２７４４６、２０１６０３２７５２３、２０１６０３３４４３９、２０１６０３３８６４４、２０１６０３４１７６１、２０１６０３４７６０５、２０１６０３４９０５６、２０１６０３６０３０４、２０１６０３６０９６５、２０１６０３６３５７５、２０１６０３７０３６２、２０１６０３７７５６９、２０１７０００３３１４、２０１７００２３４２９、２０１７００２５９０４、２０１７００４１７０８、２０１７００５１８８４、２０１７００５２０８３、２０１７００７４８５３、２０１７００７８４００、２０１７００８６２８１、２０１７００８６６７２、２０１７０１２１１７３、２０１７０１３５６３３、２０１７０１４２５２５、２０１７０１４６３６４、２０１７０１５２１３５、２０１７０１６０３０８、２０１７０１６４８７８、２０１７０１６７９４５、２０１７０１６７９４６、２０１７０１６８０８４、２０１７０１６８０８５、２０１７０１６８５６６、２０１７０１９１８９４、２０１７０１９９０３５、２０１７０２０１１９２、２０１７０２１７７６５、２０１７０２２３４５０、２０１７０２５４８３１、２０１７０２５７０９３、２０１７０２５８３８６、２０１７０２５８５８５、２０１７０２６００４４、２０１７０２６５２８７、２０１７０２８４８８２、２０１７０２９５４３４、２０１７０２９７８９５、２０１７０３１８３８５、２０１７０３１８３９３、２０１７０３３１８９９、２０１７０３３６２０５、２０１７０３４３３５０、２０１７０３４４１１４、２０１７０３４７８８６、２０１８００００５４５、２０１８０００２１６２、２０１８０００８３５６、２０１８０００８３５７、２０１８００１７３８５、２０１８００３４９１２、２０１８００３５２０６、２０１８００３５２２８、２０１８００３５２２９、２０１８００３５８８８、２０１８００３８７４６、２０１８００８０９５４、２０１８００８５６０５、２０１８００８６６２５、２０１８００９２３１３、２０１８０１０８４４０、２０１８０１２４１８１、２０１８０１２４５２１、および２０１８０１３４５４４を参照されたく、これらの各々は、その全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
【０１２４】
移動要素は、例えば、定義された周波数の振幅を改変するか、または周波数もしくは時間遅延（位相）特性を改変することによって、感知された効果が変調されるキャリア励起を定義するために、作動モードで使用され得る。これは、ベースバンド（ＤＣ）信号を、センサがより高い感度、より低いノイズなどのより優れた特性を表示する範囲に移動するために特に役立つ。
【０１２５】
移動要素を取り巻く電界を改変することによる、移動要素の意図的な移動は、様々な目的のために使用できる。ある場合には、敵対的な環境条件からセンサを保護するために引き込み応答が所望される場合があり、したがって、移動要素は危害が及ばないように意図的に変位された。別の場合には、移動要素が動作している空間は不均一である可能性があり、移動要素の移動は空間の探索を可能にする。
【０１２６】
上記のように、センサは高度に方向性であり、例えばカーディオイド応答パターンを有し得る。移動要素をその公称位置から偏向させることにより、効果のベクトル方向に関する情報を決定することができる。さらに、この偏向は、次いで、方向性成分を有する励起と、方向性でない励起またはノイズとを区別することができる。偏向は、２値である必要はなく、ファイバセンサの場合、３つ以上の電極を使用して２つの軸を感知することができる。電極の数が多い他の構成も可能である。例えば、移動要素の細長い軸を電極間のギャップに方向付ける代わりに（２電極対称センサの公称設計）、２つの側方電極の間に配設された第３の電極は、２つの側方電極が異なる電位において維持され、中央電極が中間電位において維持されたとき、勾配を滑らかにする（すなわち、遷移を線形化し、したがって移動電極の応答を線形化する））ことができる。
【０１２７】
移動要素は、電極上の電位によって制御される位置を有する、要素を取り囲む媒体のための弁またはフロー制御ベーンとして作用することができる。
【０１２８】
流体が乱流閾値に近い媒体では、１つ以上の要素の位置
【０１２９】
移動要素の偏向、特に大きい偏向は、センサの有効剛性を改変する可能性があり、それにより、応答の振幅と共振周波数の両方が改変される可能性がある。これらの各々は、様々なタイプのセンサにおいて役立つ場合がある。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１Ａ】従来の容量性感知方式を示す。
【図１Ｂ】同上。
【図１Ｃ】同上。
【図１Ｄ】同上。
【図２】コンプライアントな静電センサを示す。
【図３】図２による物理的なセットアップの写真を示す。
【図４Ａ】図２の電極構成のための移動電極の先端変位の関数としての位置エネルギーおよび電荷感度の推定された一次および二次導関数を示す。
【図４Ｂ】同上。
【図４Ｃ】同上。
【図５】特性評価セットアップの概略図を示す。
【図６Ａ】図２の電極構成の測定結果を示す。
【図６Ｂ】同上。
【図６Ｃ】同上。
【図６Ｄ】同上。
【図７Ａ】図２の電極構成に対する測定結果対周波数を示す。
【図７Ｂ】同上。
【図８Ａ】本発明の有孔プレートダイアフラムの実施形態を示す。
【図８Ｂ】本発明のファイバメッシュ移動要素の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【０１３１】
図２は、本技術によるコンプライアントな静電センサを示す。
【０１３２】
本明細書で検討される好ましい実施形態による移動電極は、その平面に垂直な方向において非常に可撓性である材料の薄いシートから構成される。それは、図２に示すように、１つのエッジに沿って支持されているため、その支持ラインを中心に簡単に回転するか、または曲がることができる。この図は、システムの二次元断面を表しており、この断面に垂直な寸法全体にわたって変更されていない。移動電極は、長さＬ２および厚さＨ２の薄い可撓性要素からなり、水平配向に対して角度αだけ偏向して示されている。移動電極は、その取り付け点を中心に回転する真っ直ぐな固体として示されている。これはまた、図２に示すのと同様の方法で自由に回転できるように十分に小さい曲げ剛性を有する、一端に吊るされた可撓性ビームまたはストリングからなることもできる。
【０１３３】
固定電極は、移動電極の平面に直交する平面を作り出すように配向されている。固定電極と移動電極の表面が直交するように固定電極と移動電極を配向すると、電界が常に導体の表面に垂直になるので、移動電極にかかる正味の静電力を最小限に抑えるのに役立つ。これらの電極の位置および配向を適切に配置することで、移動電極の平面に作用する静電力を効果的に相殺し、自由端に垂直に印加される比較的小さい力を残すことができる。
【０１３４】
例示的な実施形態によれば、移動電極は、長さＬ２＝６．２ｍｍおよび厚さＨ２＝５μｍの薄い可撓性要素からなり、水平配向に対して角度αだけ偏向して示されている。長さＬ１＝Ｌ３＝２．５ｍｍおよび厚さＨ１＝Ｈ３＝２００μｍの、２つの垂直の固定電極が、移動電極の右側に示されている。移動電極と２つの固定電極との間の水平方向のギャップはｇ＝３００μｍである。それらは、ｇｙ＝５０μｍの垂直方向のギャップによって分離され、同じ電位に保たれる。
【０１３５】
移動電極の位置を感知することは、固定電極を、電極１および３によって示される２つの表面に分割することによって達成され、これらは両方とも同じ電圧に保たれる。これらの２つの固定電極上の電荷は、移動電極の位置ともに変動する。実用的な寸法を有する電極の場合、静電力は、電極の弾性特性に関連するものと比較して無視できるようにされ得ることが見出されている。
【０１３６】
長さＬ１およびＬ３ならびに厚さＨ１およびＨ３の、２つの垂直の固定電極が、図２では移動電極の右側に示されている。移動電極が回転すると、この電極セット上の電荷分布およびのキャパシタンスが変化する。移動電極に印加される電圧は、電圧源Ｖ２によって設定される。２つの固定電極はＶ＝０の電圧に設定される。この例では、計算を単純化するために、移動電極が直線の形状を維持し、その結果、取り付け点を中心に自由に回転できる剛性の振り子として移動すると仮定する。曲げによるこの直線形状からのわずかなずれは、結果を大きく変化させることはない。移動電極の長さＬ２＝６．２ｍｍおよび厚さＨ２＝５μｍは、電極が高度にコンプライアントであることを確実にする。それらの値は、以下に説明する測定構成に対応するように選択された。
【０１３７】
作製したデバイスの写真を図３に示す。３つの電極は、電極２が、電極１および３を分離している線の近くに配置されることを可能にしたマイクロマニピュレータに取り付けられた絶縁ブロック上で支持されている。電極間の距離および全体の寸法は、顕微鏡を使用して光学的に決定された。
【０１３８】
実現可能な移動電極の機械的剛性を非常に大まかに推定するために、固定境界によって支持されたカンチレバービームの剛性を考慮することができる。この電極は、Ｅ＝２×１０９Ｎ／ｍ２のヤングの弾性係数を有するポリマーから構築されていると仮定する。電極を導電性にするために、電極はアルミニウムの非常に薄い層でコーティングされている。この層は、認識できる剛性を追加しないように十分に薄くなっている。長さに沿って均一に印加される力を考慮すると、単位幅あたりの等価な機械的剛性はｋ≒８ＥＩ／Ｌ３／２によって近似され得、ここで、Ｉ＝Ｈ３／２／１２である。Ｌ２＝６．２×１０−３ｍおよびＨ２＝５×１０−６ｍであるので、単位幅あたりの機械的剛性はｋ≒０．７Ｎ／ｍ２である。これは非常に概算の推定であるが、以下の結果は、静電力による有効剛性がこの機械的剛性よりも大幅に小さいため、動きへの影響が無視できることを示している。
【０１３９】
図３は、図２に示す概念を実現するために使用された物理的セットアップの写真を示している。電極１および３は、電極２の左側の自由端の近くに垂直に整合された銅テープの薄いストリップを使用して形成される。電極２はその右端でクランプされている。音場は、電極２の平面に垂直な方向から示されるように入射した。
【０１４０】
図２の電極構成は、平行プレート容量性センサのように単純な設計式による分析には適していないが、印加された電極電圧の所与のセットについて電荷分布を数値的に推定することは可能である。ここでは、次の積分方程式の数値解を提供する境界要素アプローチが利用されている。
【数１０】
2021526281.tif 000012
ここで、
【数１１】
2021526281.tif 000013
【０１４１】
2021526281.tif 000014
【数１２】
2021526281.tif 000015
【０１４２】
表面を有限数の領域に離散化することで、任意の電極形状の電荷分布を解くことができる。移動電極の様々な位置の電荷密度を知ることにより、電極位置の関数としての静電位置エネルギーの計算が可能になる。次に、これらのデータを数値的に微分して、所与の動きに関連する静電力および有効剛性を提供する一次および二次導関数を推定することができる。
【０１４３】
図４Ａ〜図４Ｃは、図２の電極構成のための移動電極の先端変位の関数としての位置エネルギーの推定された一次および二次導関数を示す。有効静電力は、図４Ａに示す位置エネルギーの一次導関数に比例し、静電剛性は、図４Ｂに示す二次導関数の負の値に比例する。推定された力は、電極をｘ＝０の平衡位置に戻すように常に作用するため、常に引力があって剛性化する。移動電極に印加されるバイアス電圧はＶ＝４００ボルトであり、２つの固定電極はゼロボルトであると仮定されている。図４Ｃに示す電荷感度の最大の大きさは、約４×１０−８クーロン／メートルである。
【０１４４】
ドメインは二次元であると見なされるため、結果は、図２の平面に垂直な方向における単位長さに関する。図２は、力が常に引力があり、電極をｘ＝０における単一の平衡位置に復元することを示している。静電エネルギーの二次導関数は、平衡位置での有効静電剛性を提供する。この静電剛性は、前述のカンチレバービームの機械的剛性の推定値と比較できる。静剛性は約０．４Ｎ／ｍ２であることがわかった。機械的剛性は、ｋ≒０．７Ｎ／ｍ２であると上記で推定される。この静電剛性は、４００ボルトという大きい値を有する移動電極に印加されたバイアスとともに推定されることに注意されたい。このバイアス電圧は、電極の動きにほとんど目立った影響を与えないと予想される。この電圧は、小型マイクロフォンの設計において実用的であろうものを超えている。しかしながら、（以下で使用するＢｒｕｅｌ  ａｎｄ  Ｋｊａｅｒ４１３８などの）高精度マイクロフォンは一般的に、２００ボルトのバイアスを採用する。このかなり極端な電圧の使用は、この電極設計が、実際に使用される可能性のあるバイアス電圧によって悪影響を受けないという証拠を提供する。
【０１４５】
ｉ＝１、２、３である、３つの電極の各々の上の総電荷Ｑｉは、すべての表面Ｓｉ上の電荷密度ρを知ることによって計算できる。
【数１３】
2021526281.tif 000016
【０１４６】
センサの出力は、電極１と電極３との間の電荷の差であると見なされる。
【０１４７】
図４Ｃは、移動電極２の変位の範囲について差Ｑ１〜Ｑ３を知ることによって計算されるデバイスの予測電荷感度を示している。
【０１４８】
次に、電極２の先端の変位に関するこの電荷差の導関数が計算され、図４Ｃに示すようにクーロン／メートルでの感度が得られる。
【０１４９】
全体のセンサ感度は、クーロン／メートルでＳＱで表される電荷感度、ボルト／クーロンでの電気的感度Ｓｅ、およびメートル／パスカルでの機械的感度Ｓｍの組み合わせとして表すことができる。全体的な感度は、次のようになる。
【数１４】
2021526281.tif 000017
【０１５０】
以下に示す実験結果では、トランスインピーダンスまたは電荷増幅器を使用して電子出力を得る。これは、有効フィードバック容量Ｃｆを主に介して利得が設定される汎用の演算増幅器を使用して達成される。次に、電気的感度は次のように概算され得る。
【数１５】
2021526281.tif 000018
【０１５１】
当然のことながら、機械的感度Ｓｍは、移動電極２の機械的特性に依存する。大まかな概算として、仮想の「理想的」センサでは、電極２の平均の動きは、［３］に示されているように、音場内の空気の動きとほぼまったく同じであることが求められる。音場を、一方向に進行する平面波からなると見なすと、音響粒子速度は、Ｕ＝Ｐ／（ρ０ｃ）によって与えられ、ここで、ρ０は、公称空気密度であり、ｃは、音響波の伝搬速度である。量ρ０ｃは、媒体の特性音響インピーダンスである［１７］。電極はその固定端を中心に回転すると仮定されているため、感知が行われる自由端は、中心において発生する平均変位の約２倍で移動する。周波数ωにおける高調波では、この理想的な場合における電極の自由端の変位の機械的感度は、次のように概算することができる。
【数１６】
2021526281.tif 000019
【０１５２】
図２の電極システムの実験結果を得るために、アルミニウムの薄層を用いて金属化された厚さ５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを使用して電極２を作り出した（Ｇｏｏｄｆｅｌｌｏｗ．ｃｏｍ部品番号ＥＳ３０１８５５）。固定電極１および３は、幅２．５ｍｍの銅テープの２つのストリップを使用して構築された。アセンブリは、固定電極に対する移動電極の公称位置の調整を可能にするために、マイクロマニピュレータ上で支持された。移動電極は、約１メートル離れた場所に置かれたラウドスピーカによって音響的に駆動された。測定は無響室内で実行された。図５は、特性評価セットアップの概略図を示す。
【０１５３】
電子出力は、電極１および３に接続されたトランスインピーダンス回路を使用して得られた。これらの回路は性能が最適化されておらず、１ＧΩフィードバック抵抗を使用する汎用ＴＬ０７４クワッド演算増幅器を使用した。このような高い値の抵抗のインピーダンスは、多くの場合、広範囲の周波数にわたってインピーダンスを支配する可能性のある抵抗と並列に、典型的にはＣｆ＝１ｐＦ程度の寄生キャパシタンスの影響を大きく受けることに注意されたい。この回路は、寄生キャパシタンスにやはり影響を与える可能性のあるプロトタイプ回路基板上のスルーホール構成要素を使用して実現された。
【０１５４】
図５は、特性評価セットアップの概略図を示す。電極の動きは、レーザ振動計を使用して検出された。ラウドスピーカによって作り出された音場は、Ｂｒｕｅｌ  ａｎｄ  Ｋｊａｅｒ４１３８リファレンスマイクロフォンを使用して測定された。電子出力は、電荷／トランスインピーダンス増幅器を使用して測定された。すべての信号は、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ＰＸＩ−１０３３  Ｄａｔａ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍを使用して記録された。
【０１５５】
また、移動電極の速度は、Ｐｏｌｙｔｅｃ  ＯＦＶ−５３４コンパクトセンサヘッドおよびＰｏｌｙｔｅｃ  ＯＦＶ−５０００振動計コントローラからなるＰｏｌｙｔｅｃレーザ振動計を使用して測定した。移動電極付近の音圧は、直径１／８インチの圧力感知ダイアフラムを有するＢｒｕｅｌ  ａｎｄ  Ｋｊａｅｒ４１３８精密マイクロフォンを使用して測定した。Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｐｏｗｅｒ  ＤｅｓｉｇｎｓのＭ５−１０００ＤＣ−ＤＣコンバータを使用して、Ｖ２＝４００ボルトのバイアス電圧を電極２に印加した。
【０１５６】
図６Ａ〜図６Ｄは、図２の電極構成の測定結果を示す。移動電極に印加されるバイアス電圧はＶ＝４００ボルトであり、２つの固定電極は、ゼロボルトである。移動電極は、約１パスカルの振幅を有するラウドスピーカによって発生された２５０Ｈｚのトーンからなる音場によって駆動された。図６Ａは、Ｂｒｕｅｌ  ａｎｄ  Ｋｊａｅｒ４１３８リファレンスマイクロフォンによって測定された、移動電極の位置における測定音圧（パスカル）を示している。図６Ｂは、レーザ振動計を使用して得られた、移動電極のクランプ端と自由端との中間で測定された速度（ｍｍ／秒）を示している。速度は、音場が平面波として伝播するときに発生する圧力にほぼ比例し、この圧力と同相である。この設計は、最初の共振周波数を超えるビーム応答を使用して使用できる。その場合、ビームは「高度にコンプライアントである」、すなわち剛性が支配的ではなく質量が支配的であるため、ビーム速度は音響速度と同相であると予想される。
【０１５７】
図６Ｃおよび図６Ｄは、電極１および３上の電荷に応答する、単純なトランスインピーダンス増幅器を使用する検出回路によって発生された出力電圧を示している。これらの信号は、移動電極が固定電極の一方に向かって移動すると、他方の電極から離れて移動することを考えると予想され得るように、互いにほぼ位相がずれているように見える。次に、２つの出力を差し引くと、感度が向上した改善された検出が得られ得る。出力電圧は約２５０ｍＶの振幅を有するため、差出力は、約０．５ボルト／パスカルの感度を有するであろう。図６Ａ〜図６Ｄに示すデータでは、電極２に印加されるＤＣバイアス電圧は、４００ボルトである。
【０１５８】
図６Ａ〜図６Ｄに示す速度に対応する変位は、約１パスカルの音圧に対して約２．５ミクロンである。この変位は、電極のクランプ端と自由端との間の中間点において測定されることに注意されたい。次に、自由端の変位は、１パスカルの音場に対して約５ミクロンになると推定することができる。次に、有効機械的感度は、Ｓｍ≒５×１０−６メートル／パスカルであると見なすことができる。この測定結果は、式（１６）において提供された概算推定値と比較することができ、ここで、ρｃ≒４１５パスカル秒／メートルであり、ω＝２π２５０である。次に、式（１６）は、測定結果と合理的に一致する、Ｓｍ≒３×１０−６メートル／パスカルを与える。
【０１５９】
図４Ｃに示す推定電荷感度は、約ＳＱ≒４０ナノクーロン／メートルである。式（１５）において与えられる電気的感度は、前述のように、Ｃｆ≒１ｐＦであると推定される有効キャパシタンスＣｆに依存する。式（１４）の項が評価される。
【数１７】
2021526281.tif 000020
【０１６０】
測定された電気出力は、図６Ｃおよび図６Ｄに示す信号の差であると見なすことができ、１パスカルの音場に対して約０．５ボルトのピーク電圧を有する測定信号を与え、これは、０．１２ボルトのおおよその概算よりも大きいが、その合理的な近傍内にある。
【０１６１】
図６Ａ〜図６Ｄのデータは、センサが音響励起によりかなりの電子出力を発生させることができることを示している。これは、４００ボルトの移動電極に印加される強いバイアス電圧の使用に起因する。高度のコンプライアントな電極上でこのような大きいバイアス電圧を使用すると、通常、その動きに著しい影響を与えることが予想され得る。
【０１６２】
図７Ａおよび図７Ｂは、図２の電極構成に対する測定結果対周波数を示す。これらの結果は、図７Ａのように広範囲の周波数にわたって、バイアス電圧が電極の動きに与える影響は無視できるのに対し、電気的感度は、バイアス電圧にほぼ比例することを示している。周波数の関数としての測定された電極変位振幅は、ゼロ、２００ボルト、および４００ボルトのバイアス電圧では、バイアス電圧とは無関係である。また、１パスカル平面音波の予測される空気変位振幅も示されている。これは、図７Ｂに示すように、電極が少なくとも平面波内の空気と同じだけ移動することを示している。電気的感度は、移動電極における音圧の振幅に対する電極１および３から得られる出力電圧の差であると見なされる。これは、予想どおり、バイアス電圧が２倍になると感度が約２倍になることを示している。
【０１６３】
かなり大きいバイアス電圧の使用にもかかわらず、図７Ａ〜図７Ｂに示す結果は、電界によって移動電極の動きが剛性化（または軟化）しないことを示している。この図は、周波数の関数としての測定された電極変位振幅（図７Ａ）と、入射音圧に対する（図２に示す）電極１および３から獲得された出力電圧の差として定義される、測定された電気的感度（図７Ｂ）を示している。結果は、ゼロ、２００ボルト、および４００ボルトのバイアス電圧について示されている。周波数の関数としての応答は、フィクスチャからのかつ移動電極の共振からの音の反射の影響のために理想的でない（すなわちフラットでない）が、測定された電極速度は、バイアス電圧の大きい変化によって本質的に影響を受けないことが明らかである。これは、静電力が、図４Ａ〜図４Ｃのデータから予想されるように、電極に作用する他の機械的な力と比較して無視できることを示している。
【０１６４】
図７Ａ〜図７Ｂは、平面波音場内の変動する空気変位の予測振幅も示している。これは、音による測定された電極変位が、平面音波について予測されたものよりも概して高いことを示している。これはまた、電極が高度にコンプライアントであり、その動きが静電力または機械力あるいは剛性のいずれによっても妨げられないことを示唆している。
【０１６５】
この薄い電極が音場内の空気の変位と同様の変位を伴って移動することができるという観察は、薄い可撓性の壁の音によって誘導された動きについて予測されるものと一致している［１８］。ここで検討した電極の動きには多くの追加の効果が影響を及ぼし、それは、壁を通過する音の伝達を予測する問題とはあまり似ていないが、薄くて軽い膜が音場内の空気とともに移動することができることは明らかである。入射音が、膜の平面に垂直に伝播する周波数ωでの高調波であると見なした場合、膜を通って伝達する音波の複素振幅ｐｔの、入射圧力のそれ、ｐ１に対する比を計算することができ［１８］、
【数１８】
2021526281.tif 000021
【０１６６】
ここで、ρｗは膜材料の質量密度であり、ｈはその厚さであり、ρ０ｃ≒４１５パスカル秒／ｍは、公称空気密度ρ０と音速ｃの積である。平面音波では、音響粒子速度に対する圧力の比はρ０ｃに等しい。これは以下をもたらし、
【数１９】
2021526281.tif 000022
【０１６７】
ここで、ｕ１は、入射平面波の音響粒子速度の複素振幅である。式（１８）および式（１９）は、膜が存在しなかった場合における音響媒体の速度に対する膜速度の比を与え、
【数２０】
2021526281.tif 000023
【０１６８】
両方の速度ＵｗとＵ１は、同じ係数
2021526281.tif 000024
による対応する変位に関係しているので、式（２０）の比率も、変位の比率に等しくなる。この比は係数（ρｗｈω／２ρ０ｃ）のみに依存する。ここで使用する金属化されたポリマー電極では、密度はρｗ≒１３８０ｋｇ／ｍ３であると推定され、厚さはｈ≒５μｍである。図７Ａ〜図７Ｂに示す周波数範囲にわたって、この係数は、５０Ｈｚにおける約０．００３〜２０ｋＨｚにおける１まで変動する。したがって、この周波数範囲にわたって、この薄い電極は音場内の空気の変位と同様の変位を伴って移動することができる可能性がある。
【０１６９】
電極が高度にコンプライアントであるということは、当然のことながら、その動きがこの容量性感知方式によって容易に検出される主な理由である。高度にコンプライアントな電極の使用は、感知構成自体が移動に影響を与えるであろう重大な静電力を導入しない限り、効果的であり得る。
【０１７０】
測定された電気的感度を図７Ｂに示す。この場合も、周波数応答は機械的共振のために理想的でないが、感度は、図示のより低い周波数範囲にわたって０．１〜１ボルト／パスカルの範囲内にある。最適化された電極設計と、より洗練された読み出し回路とは、間違いなくこれらの測定よりも改善された結果を提供するであろう。
【０１７１】
図７Ａと図７Ｂを比較すると、バイアス電圧の増加は、測定された動きに目立った影響を与えずに、バイアス電圧の変化に比例してほぼすべての周波数において感度を増加させることが示されている。したがって、ここで検討した電極構成は、電極の機械的設計からの感知アプローチの分離を達成する。電界によって印加される力に耐えるように電極を設計する必要はない。設計者は、静電力が不安定性を引き起こすかまたは動きを妨げることを懸念することなく、所定の感度を達成するために、所望に応じて、コンプライアントな移動電極を自由に構築することができる。
【０１７２】
上記では、移動電極がフラットな平面部材からなると仮定された。しかしながら、場合によっては、その自由端を湾曲させることが有益である場合がある。さらに、移動部材の平面は、固定電極間のギャップと平行にならないように配向することもできる。この場合、電極の動きにより、固定電極の一方との重なり領域が増加し、他方の固定電極との重なり領域が減少する。これにより、それは、固定電極上の電荷が図１Ｃのように距離ではなく重なり領域に依存する、図１Ｄに示す実施形態とほぼ同じように機能する。しかしながら、この場合、重なり領域は、移動電極の平面ではなく、移動電極の自由端のみによって形成される。動きは、図１Ｄに示すように、平行ではなく、固定電極に概して直交する方向に発生する。前述した他の状況と同様に、大きい動きにより、減少した力が平衡位置に戻り、システムが全体的に安定することになる。この効果は、フラットな平面の移動電極を使用し、固定電極間のギャップをそれに平行しないことまたは図２の平面に垂直な方向に真っ直ぐにしないことによっても達成することができる。
【０１７３】
図３を検討すると、電極２のプロトタイプ実施形態の自由端は完全に真っ直ぐではない。これは、データにおいて見られる静電剛性の欠如の一因となる可能性がある。
【０１７４】
移動要素は、小さい力で駆動されることが非常に望ましい多くの感知用途があり、したがって、可能な限り最小の抵抗を提供し、その後、可能な限り最大の変位を伴って応答するように、可能な限り軽量かつコンプライアントでなければならない。移動要素が容量性センサ内の電極である場合、電界に関連する力が、動きとその後のセンサ性能とに悪影響を及ぼさないように注意する必要がある。本電極形状は、動きの方向に作用する静電力を最小限に抑える。
【０１７５】
ここで検討した電極設計では、静電位置エネルギーは電極の動きの関数として見なされる。電極が移動するときに位置エネルギーがほぼ一定である場合、この保存力のために、力は位置エネルギーの導関数に等しいため、力は小さくなる傾向がある。固定電極を２つの要素に分割することにより、電極の変位に対する位置エネルギーの不感応性を維持しながら、２つの固定電極上の電荷の差を感知することができる。その結果、動きに影響を与える大きい静電力を加えることなく、動きを感知することができる。
【０１７６】
電界が導体の表面に直交しているため、対象の移動範囲に対してほぼ一定の位置エネルギーを維持するようにセンサを設計することに加えて、移動電極が薄く、固定電極に直交して配向されることにより、それらの間の力は小さくなる。移動電極の公称位置に関して幾何学的対称性を維持することにより、その表面に垂直に印加される静電力はほぼ相殺される。これにより、主な動き方向において機械的剛性がまったく無視できる移動電極の設計が可能になる。無視できる剛性は、回転に対する抵抗がほとんどないヒンジによって移動電極を支持することによって、または曲げに対する抵抗が無視できる非常に薄い材料から移動電極を作製することによって達成することができる。材料が十分に薄い場合、支持構造に完全に固定され、かつ他端が自由であるカンチレバービームに似ているようにそれを構成することができる。機械的復元剛性は、重力など、それに作用する可能性のある他の環境力に抵抗するのに十分である必要のみがある。
【０１７７】
静電力は動きに影響を与えないため、移動電極に印加されるバイアス電圧を高い値に設定して、全体的な電気的感度を向上させることができる。ここで提供する結果では、音響圧力に応答して容易に移動する、高度にコンプライアントな移動電極が使用される。電極構成は、無視できる影響を電極の動きに与えながら、４００ボルトの比較的大きいバイアス電圧を使用することを可能にする。これにより、約０．５ボルト／パスカルの出力電気的感度が発生させられる。
【０１７８】
容量性センサの別の望ましい特性は、可能な動きおよびバイアス電圧の全範囲に対する安定性の保証である。図４Ａ〜図４Ｃに示すように、移動電極が大きい動きを受けると、復元力が常に作用してそれを平衡位置に戻し、平衡位置からの小さい可動域に対する抵抗が非常に小さいにもかかわらず、グローバルな安定性が確保される。
【０１７９】
移動電極の動きは、バイアス電圧の変化による影響を本質的に受けないが、音に対する全体的な電気出力の感度は予想どおりに増加する。
【０１８０】
センサは、２０ｄＢＡの等価な音響圧力ノイズフロアを達成するマイクロフォンとして設計することができ、周波数応答は、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの周波数範囲にわたってフラット±３デシベルになる。
【０１８１】
カンチレバープレート形状の要素は、空気中の音響波を電荷の機械的動きに変換する要素として上記で説明してきたが、高い空気力学的抗力対質量比の利点を有する１つ以上のファイバを使用することも可能である。本技術によれば、感知プレートと移動要素との静電相互作用は、要素を実質的に偏向させず、またその剛性を物質的に改変しないので、本技術は、より一般的に測定されるような圧力差で誘導されるプレート偏向と比較して、粘性抗力によってファイバを取り巻く空気中のおおよその粒子の動きの感知を可能にする。さらに、センサは単一のファイバに限定されず、したがって、複数のファイバは、各々が感知電極と相互作用する独立して移動する平行要素として提供されるか、または緩いマットもしくはメッシュに形成されてすべてのファイバが一緒に移動するように提供されてよい。［４、３０、４１、４２、３］を参照されたい。例えば、ファイバは、８０ｎｍの金でコーティングされたスパイダーシルク、またはエレクトロスピニングされたポリメチルメタクリレートであってよい。
【０１８２】
粘性抗力移動要素の動作は、その２つの平面に作用する平面進行音響波からの圧力差に基づいて分析することができる。移動要素を弾性ビームと見なすことにより、近似の定性的モデルを構築することができる。単一の周波数ωにおける応答に注目すると、時間ｔにおける長さｘに沿った点でのビーム偏向ｗ（ｘ、ｔ）は、次の標準偏微分方程式を解くことによって計算することができる。
【数２１】
2021526281.tif 000025
【０１８３】
ここで、Ｅはヤングの弾性係数であり、Ｉは断面二次モーメントであり、ρは材料の密度であり、ｂは幅であり、ｈは厚さであり、Ｐは平面波音圧振幅であり、ｋ＝ω／ｃは波数であり、ｃは波の伝播速度であり、ｄは音がビームの２つの平面間を進行し得る有効距離であり、Ｃは粘性減衰係数である。Ｕは音響粒子速度の複素振幅である。
【０１８４】
ビームが十分に細くなると（すなわち、ｈおよびｂが小さくなると）、式（２１）のすべての項は、Ｃが他のすべての項よりもｈおよびｂに対して非常に弱い依存度を有するため、粘性減衰力
【数２２】
2021526281.tif 000026
と比較して無視できるようになる［４］。また、隔離されたファイバまたはビームの場合、有効分離距離ｄはｂにほぼ等しいため、右側の最初の項である音響圧力差の項も小さくなる。その結果、粘性項が支配的であるこの限定的なケースでは、ファイバと空気との間の相対的な動きは無視できるようになり、
【数２３】
2021526281.tif 000027
をもたらす［４］。したがって、粘性力が支配的になるように感知要素を好適に設計すると、感知要素は音響媒体とともに移動する。
【０１８５】
グラフェン［１、２］、およびカーボンナノチューブまたはナノチューブヤーンなど、これらの感知電極を構築するために、非常に薄く、コンプライアントな材料が広く利用可能である。フロー感知は、エレクトロスピニングされたポリマーファイバを用いても達成されている［４１］。しかしながら、これらの非常に薄い構造は曲げ剛性が非常に低いため、長軸に垂直に発生する静電力の影響をそれらの動きが強く受けることなしに、それらを従来の容量性マイクロフォン設計に組み込むことはできない。図８Ａは、開口アレイを有する平面ダイアフラムを示す。この設計は、ダイアフラムを通過する空気の移動の抗力を感知するが、このような設計にはかなりの剛性があるため、式（２１）のすべての項が粘性抗力項によって完全に支配されるという推定は概して満たされない。しかしながら、場合によっては、有孔ダイアフラムが、許容可能なセンサを表す。一例では、ダイアフラムは、多層グラフェンから形成されてもよい。このダイアフラムは、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）設計において多結晶シリコンまたは窒化シリコンから形成してもよい。ダイアフラムは、金の層など、本質的に導電性であるか、または金属化されている場合がある。ダイアフラム、またはより一般的には移動要素は、エレクトレット材料から形成されてもよい。
【０１８６】
薄い速度感知フィルムを作り出すための典型的なシリコン微細加工プロセスは、１ミクロンの酸化物が湿式酸化によってその上で成長する裸のシリコンウェーハから始まる。この酸化フィルムは、フィルムの背後にオープンな空気空間を作り出すために使用されるウェーハ貫通エッチングのエッチングストップを提供する。次に、約０．５ミクロンの厚さを有する窒化シリコンフィルムが、低圧化学気相堆積（ＬＰＣＶＤ）炉を使用して堆積される。窒化シリコンは、多孔性を達成するための穴を画成し、電極エッジを画成するために、光学リソグラフィによってパターン化される。窒化フィルムの一部は、ＬＰＣＶＤプロセスを使用してリンをドープしたシリコンの薄い（約８０ｎｍの）層を堆積およびパターン化することによって導電性になるように作られる。次に、フィルムをアニールして多結晶シリコンを形成する。シリコン電極の裏側を露出させるために、ウェーハ貫通の裏側の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が実行される。緩衝フッ化水素酸を使用して熱酸化物を除去することにより、電極が解放される。感知電極の作製は、移動電極の周囲に導電性フィルムを堆積させることによって実行される。
【０１８７】
図８Ｂは、ファイバに対して移動する空気の粘性抗力によって、概してユニットとして移動する緩いプレートを形成するファイバメッシュ要素を示す。メッシュは、メッシュの平面内に印加された力によって高い剛性を有し、一方、（音響流による力などの）平面外の力が印加されたときに高いコンプライアンスを有するように設計されている。メッシュは多数の緩く配置された個々のファイバからなるため、感知電極に最も近いエッジにおける寸法精度および面内剛性は、感知電極に近接するファイバが自由であるかどうかを保証するのが困難である。これにより、面内の静電引力に対する繰り返し可能な感度および抵抗が損なわれる。したがって、感知電極に最も近いエッジにおいてメッシュに取り付けられた薄い中実のフレームまたは結合が提供されてもよい。好適なファイバは、金属化されたエレクトロスピニングされたＰＭＭＡおよびカーボンナノチューブ、またはその両方の組み合わせを含む。
【０１８８】
ファイバは、より小さく、１μであってよく、例えば、直径約５００ｎｍであってよい。
【０１８９】
本技術によるデバイスは、センサとしてだけでなく、アクチュエータとしても使用することができる。この場合、例えば、小さい時間変動する差動電圧を電極に印加することができ、これにより、ヌル位置を中心にシステムの平衡位置が効果的に変調される。移動要素の電極に印加される電圧は、静電剛性を、所望されるほぼいかなる値にも調整する値に設定することができ、それによって動きは、移動電極の機械的剛性および質量によってのみ制限される。
【０１９０】
例えばグラフェンなど、非常にコンプライアントかつ軽量な移動電極材料を使用すると、非常に小さい駆動電圧での作動が可能になり得る。この構成により、駆動電圧の小さい変化に応じて、平衡位置を広範囲に調整することができる。電圧の変化に対する移動電極の応答は、平行プレートアクチュエータで通常ならば予想され得るように、二次ではなく線形である。さらに、上記のように２つではなく３つの静的電極を有する四電極の実施形態が使用されてもよい。この場合、追加の電極は、移動電極の有効静電剛性を調整する追加の能力を提供する。上記の様々な実施形態において論じたように、力は引力ではなく反発力である可能性があることに注意されたい。
【０１９１】
上記の様々な実施形態を組み合わせて、さらなる実施形態を提供することができる。これらおよび他の変更は、上記の詳細な説明に照らして実施形態に行うことができる。概して、以下の特許請求の範囲では、使用される用語は、特許請求の範囲を、本明細書および特許請求の範囲において開示される特定の実施形態に限定するように解釈されるべきではなく、そのような特許請求の範囲が資格を与える均等物の全範囲とともにすべての可能な実施形態を含むように解釈されるべきである。したがって、特許請求の範囲は本開示によって限定されない。
参考文献
【０１９２】
以下の各々は、その全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
［１］Ｙ．−Ｍ．Ｃｈｅｎ，Ｓ．−Ｍ．Ｈｅ，Ｃ．−Ｈ．Ｈｕａｎｇ，Ｃ．−Ｃ．Ｈｕａｎｇ，Ｗ．−Ｐ．Ｓｈｉｈ，Ｃ．−Ｌ．Ｃｈｕ，Ｊ．Ｋｏｎｇ，Ｊ．Ｌｉ，ａｎｄ  Ｃ．−Ｙ．Ｓｕ，“Ｕｌｔｒａ−ｌａｒｇｅ  ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  ｇｒａｐｈｅｎｅ  ａｓ  ａ  ｈｉｇｈｌｙ  ｅｌａｓｔｉｃ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｆｏｒ  ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｅｎｓｏｒｓ，”Ｎａｎｏｓｃａｌｅ，ｖｏｌ．８，ｎｏ．６，ｐｐ．３５５５−３５６４，２０１６．
［２］Ｃ．Ｂｅｒｇｅｒ，Ｒ．Ｐｈｉｌｌｉｐｓ，Ａ．Ｃｅｎｔｅｎｏ，Ａ．Ｚｕｒｕｔｕｚａ，ａｎｄ  Ａ．Ｖｉｊａｙａｒａｇｈａｖａｎ，“Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  ｇｒａｐｈｅｎｅ−ｐｏｌｙｍｅｒ  ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅｓ，”Ｎａｎｏｓｃａｌｅ，ｖｏｌ．９，ｎｏ．４４，ｐｐ．１７４３９−１７４４９，２０１７．
［３］Ｊ．Ｚｈｏｕ  ａｎｄ  Ｒ．Ｎ．Ｍｉｌｅｓ，“Ｓｅｎｓｉｎｇ  ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ  ａｉｒｆｌｏｗ  ｗｉｔｈ  ｓｐｉｄｅｒ  ｓｉｌｋ，”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，ｐ．２０１７１０５５９，２０１７．
［４］Ｒ．Ｍｉｌｅｓ  ａｎｄ  Ｊ．Ｚｈｏｕ，“Ｓｏｕｎｄ−ｉｎｄｕｃｅｄ  ｍｏｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｎａｎｏｓｃａｌｅ  ｆｉｂｅｒ，”Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，ｖｏｌ．１４０，ｎｏ．１，ｐ．０１１００９，２０１８．
［５］Ｒ．Ｍｉｌｅｓ  ａｎｄ  Ｆ．Ｄｅｇｅｒｔｅｋｉｎ，“Ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｉｎ  ａ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｍｅｍｓ  ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ，”Ｎｏｖ．２  ２０１０，ＵＳ  Ｐａｔｅｎｔ  ７，８２６，６２９．
［６］Ｂ．Ｂｉｃｅｎ，Ｓ．Ｊｏｌｌｙ，Ｋ．Ｊｅｅｌａｎｉ，Ｃ．Ｔ．Ｇａｒｃｉａ，Ｎ．Ａ．Ｈａｌｌ，Ｆ．Ｌ．Ｄｅｇｅｒｔｅｋｉｎ，Ｑ．Ｓｕ，Ｗ．Ｃｕｉ，ａｎｄ  Ｒ．Ｎ．Ｍｉｌｅｓ，“Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ａｃｔｕａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅｓ  Ｗｉｔｈ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｂｉｏｍｉｍｅｔｉｃ  Ｄｉａｐｈｒａｇｍｓ，”ＩＥＥＥ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ｊｏｕｒｎａｌ，ｖｏｌ．９，ｎｏ．１２，ｐｐ．１９３３−１９４１，Ｄｅｃ．２００９．
［７］Ｒ．Ｎ．Ｍｉｌｅｓ，Ｑ．Ｓｕ，Ｗ．Ｃｕｉ，Ｍ．Ｓｈｅｔｙｅ，Ｆ．Ｌ．Ｄｅｇｅｒｔｅｋｉｎ，Ｂ．Ｂｉｃｅｎ，Ｃ．Ｇａｒｃｉａ，Ｓ．Ｊｏｎｅｓ，ａｎｄ  Ｎ．Ｈａｌｌ，“Ａ  ｌｏｗ−ｎｏｉｓｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ  ｉｎｓｐｉｒｅｄ  ｂｙ  ｔｈｅ  ｅａｒｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｐａｒａｓｉｔｏｉｄ  ｆｌｙ  Ｏｒｍｉａ  ｏｃｈｒａｃｅａ，”Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ，ｖｏｌ．１２５，ｎｏ．４，Ｐａｒｔ  １，ｐｐ．２０１３−２０２６，ＡＰＲ  ２００９．
［８］Ｍ．Ｌ．Ｋｕｎｔｚｍａｎ，Ｎ．Ｎ．Ｈｅｗａ−Ｋａｓａｋａｒａｇｅ，Ａ．Ｒｏｃｈａ，Ｄ．Ｋｉｍ，ａｎｄ  Ｎ．Ａ．Ｈａｌｌ，“Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  ｉｎ−ｐｌａｎｅ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ−ｇｒａｄｉｅｎｔ  ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅｓ，”ＩＥＥＥ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ｊｏｕｒｎａｌ，ｖｏｌ．１５，ｎｏ．３，ｐｐ．１３４７−１３５７，２０１５．
［９］Ｂ．−Ｈ．Ｋｉｍ  ａｎｄ  Ｈ．−Ｓ．Ｌｅｅ，  Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ−ｔｈｅｒｍａｌ  ｎｏｉｓｅ  ｉｎ  ａ  ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｍｅｍｓ  ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ，”ＩＥＥＥ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ｊｏｕｒｎａｌ，ｖｏｌ．１５，ｎｏ．１２，ｐｐ．６８５３−６８６０，２０１５．
［１０］Ｌ．Ｋ．Ｂａｘｔｅｒ，“Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｓｅｎｓｏｒｓ，”Ａｎｎ  Ａｒｂｏｒ，ｖｏｌ．１００１，ｐ．４８１０９，２０００．
［１１］Ｄ．Ｋ．Ｍｉｕ，Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ  ａｎｄ  ｃｏｎｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ．Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｂｕｓｉｎｅｓｓ  Ｍｅｄｉａ，２０１２．
［１２］Ｒ．Ｍｉｌｅｓ，“Ｃｏｍｂ  ｓｅｎｓｅ  ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ，”Ｊｕｎ．９  ２００９，ＵＳ  Ｐａｔｅｎｔ  ７，５４５，９４５．［１３］Ｒ．Ｎ．Ｍｉｌｅｓ，Ｗ．Ｃｕｉ，Ｑ．Ｔ．Ｓｕ，ａｎｄ  Ｄ．Ｈｏｍｅｎｔｃｏｖｓｃｈｉ，“Ａ  ｍｅｍｓ  ｌｏｗ−ｎｏｉｓｅ  ｓｏｕｎｄ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｇｒａｄｉｅｎｔ  ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ  ｗｉｔｈ  ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｓｅｎｓｉｎｇ，”Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，ｖｏｌ．２４，ｎｏ．１，ｐｐ．２４１−２４８，２０１５．
［１４］Ｓ．Ｔｏｗｆｉｇｈｉａｎ，Ｓ．Ｈｅ，ａｎｄ  Ｒ．Ｂ．Ｍｒａｄ，“Ａ  ｌｏｗ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｍｉｃｒｏ  ａｃｔｕａｔｏｒ  ｆｏｒ  ｌａｒｇｅ  ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ，”ｉｎ  ＡＳＭＥ  ２０１４  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ  ａｎｄ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，２０１４，ｐｐ．Ｖ００４Ｔ０９Ａ０１５−Ｖ００４Ｔ０９Ａ０１５．
［１５］Ｓ．Ｈｅ，Ｒ．Ｂ．Ｍｒａｄ，ａｎｄ  Ｊ．Ｃｈａｎｇ，“Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ａ  ｈｉｇｈ−ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｒｅｐｕｌｓｉｖｅ−ｆｏｒｃｅ  ｒｏｔａｔｉｏｎ  ａｃｔｕａｔｏｒ，”Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，ｖｏｌ．１９，ｎｏ．３，ｐｐ．５６１−５６９，２０１０．
［１６］Ｄ．Ｐｏｌｊａｋ  ａｎｄ  Ｃ．Ａ．Ｂｒｅｂｂｉａ，Ｂｏｕｎｄａｒｙ  ｅｌｅｍｅｎｔ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ．ＷＩＴ  Ｐｒｅｓｓ，２００５，ｖｏｌ．４．
［１７］Ｐ．Ｍｏｒｓｅ  ａｎｄ  Ｋ．Ｉｎｇａｒｄ，Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ．Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ  Ｕｎｉｖ  Ｐｒ，１９８６．
［１８］Ａ．Ｌｏｎｄｏｎ，“Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｆ  ｒｅｖｅｒｂｅｒａｎｔ  ｓｏｕｎｄ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｓｉｎｇｌｅ  ｗａｌｌｓ，”Ｊ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｎａｔ．Ｂｕｒ．ｏｆ  Ｓｔａｎｄ，ｖｏｌ．４２，ｎｏ．６０５，ｐ．２，１９４９．
［１９］Ｒ．Ｎ．Ｍｉｌｅｓ，Ｗ．Ｃｕｉ，Ｑ．Ｔ．Ｓｕ，ａｎｄ  Ｄ．Ｈｏｍｅｎｔｃｏｖｓｃｈｉ，“Ａ  ｍｅｍｓ  ｌｏｗ−ｎｏｉｓｅ  ｓｏｕｎｄ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｇｒａｄｉｅｎｔ  ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ  ｗｉｔｈ  ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｓｅｎｓｉｎｇ，”Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，ｖｏｌ．２４，ｎｏ．１，ｐｐ．２４１−２４８，２０１５．
［２０］Ｔ．Ｔ．Ｂｒｉｎｇｌｅｙ．Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｉｍｍｅｒｓｅｄ  ｂｏｕｎｄａｒｙ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｓｔｏｋｅｓ  ｆｌｏｗ．ＰｈＤ  ｔｈｅｓｉｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００８．
［２１］Ｋ．Ｋ．Ｃｈａｒａｚｉａｋ  ａｎｄ  Ｃ．Ａ．Ｓｈｅｒａ．Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ  ｆｏｒ  ｅａｒ−ｃａｎａｌ  ａｃｏｕｓｔｉｃｓ  ｗｈｅｎ  ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  ｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ．Ｔｈｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ，１４１（１）：５１５−５３１，２０１７．
［２２］Ｒ．Ｃｏｘ．Ｔｈｅ  ｍｏｔｉｏｎ  ｏｆ  ｌｏｎｇ  ｓｌｅｎｄｅｒ  ｂｏｄｉｅｓ  ｉｎ  ａ  ｖｉｓｃｏｕｓ  ｆｌｕｉｄ  ｐａｒｔ  １．ｇｅｎｅｒａｌ  ｔｈｅｏｒｙ．Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｆｌｕｉｄ  ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，４４（４）：７９１−８１０，１９７０．
［２３］Ｗ．Ｃｕｉ，Ｂ．Ｂｉｃｅｎ，Ｎ．Ｈａｌｌ，Ｓ．Ｊｏｎｅｓ，Ｆ．Ｄｅｇｅｒｔｅｋｉｎ，ａｎｄ  Ｒ．Ｍｉｌｅｓ．Ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｉｎ  ａ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ＭＥＭＳ  ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ  ｉｎｓｐｉｒｅｄ  ｂｙ  ｔｈｅ  ｅａｒｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｐａｒａｓｉｔｏｉｄ  ｆｌｙ，Ｏｒｍｉａ  ｏｃｈｒａｃｅａ．Ｉｎ  ＭＥＭＳ  ２００６：１９ｔｈ  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ：ＩＥＥＥ  Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ，ｐａｇｅｓ  ６１４−６１７，２００６．，Ｉｓｔａｎｂｕｌ，ＴＵＲＫＥＹ，ＪＡＮ  ２２−２６，２００６．
［２４］Ｈ．Ｄｒｏｏｇｅｎｄｉｊｋ，Ｊ．Ｃａｓａｓ，Ｔ．Ｓｔｅｉｎｍａｎｎ，ａｎｄ  Ｇ．Ｋｒｉｊｎｅｎ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ｏｆ  ｂｉｏ−ｉｎｓｐｉｒｅｄ  ｓｙｓｔｅｍｓ：ｆｌｏｗ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｍｅｍｓ  ｈａｉｒｓ．Ｂｉｏｉｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ＆ｂｉｏｍｉｍｅｔｉｃｓ，１０（１）：０１６００１，２０１４．
［２５］Ｔ．Ｇｏｔｚ．Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｆｉｂｅｒｓ  ａｎｄ  ｆｌｏｗ：ａｓｙｍｐｔｏｔｉｃｓ，  ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  ｎｕｍｅｒｉｃｓ．ＰｈＤ  ｔｈｅｓｉｓ，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｋａｉｓｅｒｓｌａｕｔｅｒｎ，２０００．
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［３６］Ａ．−Ｋ．Ｔｏｒｎｂｅｒｇ  ａｎｄ  Ｋ．Ｇｕｓｔａｖｓｓｏｎ．Ａ  ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｒｉｇｉｄ  ｆｉｂｅｒ  ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，２１５（１）：１７２−１９６，２００６．
［３７］Ａ．−Ｋ．Ｔｏｒｎｂｅｒｇ  ａｎｄ  Ｍ．Ｊ．Ｓｈｅｌｌｅｙ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ  ｔｈｅ  ｄｙｎａｍｉｃｓ  ａｎｄ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｆｉｂｅｒｓ  ｉｎ  ｓｔｏｋｅｓ  ｆｌｏｗｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，１９６（１）：８−４０，２００４．
［３８］Ｓ．Ｔｏｗｆｉｇｈｉａｎ  ａｎｄ  Ｒ．Ｎ．Ｍｉｌｅｓ．Ａ  ｎｅｗ  ａｐｐｒｏａｃｈ  ｔｏ  ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｓｅｎｓｉｎｇ：Ｒｅｐｕｌｓｉｖｅ  ｓｅｎｓｏｒｓ，Ｓｅｐｔ．０１  ２０１６．ＮＳＦ  Ｇｒａｎｔ  １６０８６９２．
［３９］Ｂ．Ｖａｒａｎｄａ，Ｒ．Ｍｉｌｅｓ，ａｎｄ  Ｄ．Ｗａｒｒｅｎ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｄｏｍｉｎａｎｔ  ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｈｅａｒｉｎｇ  ａｉｄ  ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，１３８（６）：０６１００９，２０１６．
［４０］Ｅ．Ｗｅｎｔｅ．Ａ  ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ  ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ  ａｓ  ａ  ｕｎｉｆｏｒｍｌｙ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ａｂｓｏｌｕｔｅ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｓｏｕｎｄ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ．Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ，１０（１）：３９，１９１７．
［４１］Ｊ．Ｚｈｏｕ，Ｂ．Ｌｉ，Ｊ．Ｌｉｕ，Ｗ．Ｊｏｎｅｓ  Ｊｒ．，ａｎｄ  Ｒ．Ｍｉｌｅｓ．Ｈｉｇｈｌｙ−ｄａｍｐｅｄ  ｎａｎｏｆｉｂｅｒ  ｍｅｓｈ  ｆｏｒ  ｕｌｔｒａｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｂｒｏａｄｂａｎｄ  ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｆｌｏｗ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，２０１８．ｔｏ  ａｐｐｅａｒ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．
［４２］Ｊ．Ｚｈｏｕ  ａｎｄ  Ｒ．Ｍｉｌｅｓ．Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｓｏｕｎｄ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｂｙ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｆｌｏｗ，２０１８．ｔｏ  ａｐｐｅａｒ  ＩＥＥＥ  Ｓｅｎｓｏｒｓ．
［４３］Ｊ．Ｍ．Ｃｒｏｗｌｅｙ，Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  ａｐｐｌｉｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｓ．Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，１９８６．
［４４］Ｎ．Ｊｏｎａｓｓｅｎ，Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｓ．Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｂｕｓｉｎｅｓｓ  Ｍｅｄｉａ，２０１３．
［４５］Ｔ．Ｆ．Ｅｉｂｅｒｔ  ａｎｄ  Ｖ．Ｈａｎｓｅｎ，“Ｏｎ  ｔｈｅ  ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｉｎｔｅｇｒａｌｓ  ｆｏｒ  ｌｉｎｅａｒ  ｓｏｕｒｃｅ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ  ｏｎ  ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ  ｄｏｍａｉｎｓ，”ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，ｖｏｌ．４３，ｎｏ．１２，ｐｐ．１４９９−１５０２，１９９５．
［４６］Ｊ．Ｚｈｏｕ，Ｒ．Ｎ．Ｍｉｌｅｓ，ａｎｄ  Ｓ．Ｔｏｗｆｉｇｈｉａｎ，“Ａ  ｎｏｖｅｌ  ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ  ｆｏｒ  ｍｉｃｒｏｄｅｖｉｃｅｓ，”ｉｎ  ＡＳＭＥ  ２０１５  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ  ａｎｄ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，２０１５，ｐｐ．Ｖ００４Ｔ０９Ａ０２４−Ｖ００４Ｔ０９Ａ０２４．
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2021526281.tif 000029
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
2021526281.tif 000046