میمز کے مختلف آلات اور ان کے استعمال کا ایک جائزہ

ایم ای ایم ایس کا مطلب مائیکرو الیکٹرو مکینیکل سسٹمز ہے اور اس سے مراد مائکرو میٹر سائز والے ڈیوائسز ہیں جن میں الیکٹرانک اجزاء اور مکینیکل حرکتی حصے دونوں ہیں۔ ایم ای ایم ایس ڈیوائسز کو وہ ڈیوائسز قرار دیا جاسکتا ہے جن میں یہ ہے:

• مائکروومیٹر میں سائز (1 ماکومیٹر سے 100 ماکرمیٹر)
• نظام میں موجودہ کا بہاؤ (برقی)
• اور اس کے اندر منتقل حصے ہیں (مکینیکل)

ایک مائکروسکوپ کے نیچے ایم ای ایم ایس ڈیوائس کے مکینیکل حصے کی تصویر نیچے ہے۔ یہ حیرت انگیز نہیں لگ سکتا ہے لیکن کیا آپ جانتے ہیں کہ گیئر کا سائز 10 مائکومیٹر ہے ، جو انسانی بالوں کے نصف سائز کا ہے۔ تو یہ جاننا کافی دلچسپ ہے کہ اس طرح کے پیچیدہ ڈھانچے صرف چند ملی میٹر میں چپ سائز کے اندر سرایت کرتے ہیں۔

MEMS آلات اور درخواستیں

اس ٹکنالوجی کو پہلے 1965 میں متعارف کرایا گیا تھا لیکن بڑے پیمانے پر پیداوار 1980 تک شروع نہیں ہوسکی۔ فی الحال ، مختلف درخواستوں میں اس وقت 100 بلین ایم ایم ایم ایس ڈیوائسز فعال ہیں اور انہیں موبائل فون ، لیپ ٹاپ ، جی پی ایس سسٹم ، آٹوموبائل وغیرہ میں دیکھا جاسکتا ہے۔

MEMS ٹکنالوجی کو بہت سارے الیکٹرانک اجزاء میں شامل کیا گیا ہے اور ان کی تعداد روز بروز بڑھتی جارہی ہے۔ سستے ایم ای ایم ایس ڈیوائسز تیار کرنے میں پیشرفت کے ساتھ ، ہم دیکھ سکتے ہیں کہ انہیں مستقبل میں بہت سی ایپلی کیشنز سنبھال لیں گی۔

چونکہ MEMS آلات عام آلات سے بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کرتے ہیں جب تک کہ بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کرنے والی ٹکنالوجی کھیل میں نہ آجائے MEMS تخت پر قائم رہے گا۔ ایم ای ایم ایس ٹکنالوجی میں سب سے زیادہ قابل ذکر عناصر مائکرو سینسر اور مائکرو ایکچیوٹرز ہیں جن کو ٹرانس ڈوسر کے طور پر مناسب درجہ میں رکھا گیا ہے۔ یہ transducers توانائی کو ایک شکل سے دوسری شکل میں تبدیل کرتے ہیں۔ مائکروسینسرز کے معاملے میں ، ڈیوائس عام طور پر ناپے گئے میکانیکل سگنل کو برقی سگنل میں بدل دیتی ہے اور مائکرو ایکومیٹر بجلی کے سگنل کو مکینیکل آؤٹ پٹ میں تبدیل کرتا ہے۔

ایم ای ایم ایس ٹکنالوجی پر مبنی کچھ عام سینسر ذیل میں بیان کیے گئے ہیں۔

• ایکسلرومیٹر
• پریشر سینسر
• مائکروفون
• مقناطیسی میٹر
• جیروسکوپ

MEMS Accelerometers

ڈیزائن میں جانے سے پہلے آئی ایم ایم ایس ایسیلیورومیٹر کی ڈیزائننگ میں استعمال شدہ ورکنگ اصول پر تبادلہ خیال کریں اور اس کے لئے ذیل میں دکھائے گئے بڑے پیمانے پر بہار پر غور کریں ۔

یہاں ایک بڑے پیمانے پر ایک بند جگہ میں دو چشموں کے ساتھ معطل ہے اور سیٹ اپ کو آرام سے سمجھا جاتا ہے۔ اب اگر جسم اچانک آگے بڑھنا شروع کردے تو پھر جسم میں معطل ماس کو ایک پسماندہ قوت کا سامنا کرنا پڑتا ہے جو اس کی پوزیشن میں بے گھر ہونے کا سبب بنتا ہے۔ اور اس کی وجہ سے نقل مکانی کرنے والے اسپرنگس خراب ہوجاتے ہیں جیسا کہ نیچے دکھایا گیا ہے

کسی بھی چلتی گاڑی جیسے کار ، بس ، اور ٹرین وغیرہ میں بیٹھتے وقت بھی ہمیں اس رجحان کا تجربہ کرنا ضروری ہے لہذا اسی طرح کا استعمال ایکیلرومیٹروں کی ڈیزائننگ میں استعمال ہوتا ہے۔

لیکن بڑے پیمانے کے بجائے ، ہم چشموں کے ساتھ منسلک حرکت پذیر پلیٹ کے طور پر کنڈویٹو پلیٹوں کا استعمال کریں گے ۔ پورا سیٹ اپ ذیل میں دکھایا جائے گا۔

آریھ میں ، ہم اوپر چلتی پلیٹ اور ایک مقررہ پلیٹ کے درمیان گنجائش پر غور کریں گے:

C1 = e ₀ A / d1

جہاں ڈی ₁ ان کے درمیان فاصلہ ہے۔

یہاں ہم دیکھ سکتے ہیں کہ کپیسیٹینس سی 1 کی قیمت پلیٹ اور فکسڈ پلیٹ کو اوپر منتقل کرنے کے مابین فاصلے کے متضاد متناسب ہے۔

نیچے حرکت پذیر پلیٹ اور فکسڈ پلیٹ کے درمیان کیپسیٹینس

سی 2 = ای ₀ اے / ڈی ₂

جہاں d ₂ ان کے درمیان فاصلہ ہے

یہاں ہم دیکھ سکتے ہیں کہ گنجائش سی 2 کی قیمت نیچے حرکت پذیر پلیٹ اور فکسڈ پلیٹ کے درمیان فاصلے کے متضاد متناسب ہے۔

جب جسم آرام میں ہے تو اوپر اور نیچے دونوں پلیٹیں مقررہ پلیٹ سے مساوی فاصلے پر ہوں گی لہذا کپیسیٹینس سی 1 کاپاکیسینس سی 2 کے برابر ہوگا۔ لیکن اگر جسم اچانک آگے بڑھتا ہے تو پلیٹیں بے گھر ہوجاتی ہیں جیسا کہ ذیل میں دکھایا گیا ہے۔

اس وقت اوپر کی پلیٹ اور فکسڈ پلیٹ کے درمیان فاصلہ کم ہونے کے ساتھ ہی کپیسیٹینس سی 1 میں اضافہ ہوتا ہے۔ دوسری طرف کیپسیٹینس پر ، سی 2 کم ہوتا جاتا ہے کیونکہ نچلی پلیٹ اور فکسڈ پلیٹ کے درمیان فاصلہ بڑھتا جاتا ہے۔ اہلیت میں یہ اضافہ اور کمی مرکزی جسم پر ایکسلریشن کے لar متناسب ہے لہذا تیز رفتار جتنی زیادہ ہوتی ہے اس سے زیادہ تبدیلی ہوتی ہے اور ایکسلریشن کو کم تبدیلی سے بھی کم کیا جاتا ہے۔

اس مختلف گنجائش کو مناسب موجودہ یا وولٹیج پڑھنے کے ل an آر سی آسیلیٹر یا کسی دوسرے سرکٹ سے جوڑا جاسکتا ہے۔ مطلوبہ وولٹیج یا حالیہ قیمت حاصل کرنے کے بعد ہم اس اعداد و شمار کو مزید تجزیہ کے لئے آسانی سے استعمال کرسکتے ہیں۔

اگرچہ اس سیٹ اپ کو کامیابی کے ساتھ پیمائش کے ل used استعمال کیا جاسکتا ہے یہ بہت بڑا ہے اور عملی نہیں ہے ۔ لیکن اگر ہم ایم ای ایم ایس ٹکنالوجی کا استعمال کرتے ہیں تو ہم پورے سیٹ اپ کو کچھ مائیکرو میٹرز کے سائز میں سکڑ سکتے ہیں جس سے ڈیوائس کو زیادہ لاگو ہوتا ہے۔

مندرجہ بالا اعداد و شمار میں ، آپ MEMS ایکسلرومیٹر میں استعمال شدہ اصل سیٹ اپ دیکھ سکتے ہیں۔ یہاں دونوں سمتوں میں ایکسلریشن کی پیمائش کرنے کے لئے ایک سے زیادہ کیپسیٹر پلیٹوں کو افقی اور عمودی سمت میں منظم کیا گیا ہے۔ کیپسیٹر پلیٹ کا سائز کچھ مائکومیٹر ہے اور پورا سیٹ اپ کچھ ملی میٹر تک ہوگا ، لہذا ہم اس MEMS ایکسلرومیٹر کو بیٹری سے چلنے والے پورٹیبل ڈیوائسز جیسے اسمارٹ فونز میں آسانی سے استعمال کرسکتے ہیں۔

MEMS پریشر سینسر

ہم سب جانتے ہیں کہ جب کسی شے پر دباؤ ڈالا جاتا ہے تو وہ دباؤ ڈالے گا جب تک کہ یہ کسی اہم مقام پر نہ پہنچ جائے۔ یہ تناؤ اطلاق شدہ دباؤ کے لئے براہ راست متناسب ہے جب تک کہ ایک خاص حد نہ ہو اور اس پراپرٹی کو MEMS پریشر سینسر ڈیزائن کرنے کے لئے استعمال کیا جائے۔ مندرجہ ذیل اعداد و شمار میں آپ MEMS پریشر سینسر کا ساختی ڈیزائن دیکھ سکتے ہیں۔

یہاں دو کنڈکٹر پلیٹیں شیشے کے جسم پر لگائی گئیں ہیں اور ان کے درمیان خلا پیدا ہوگا۔ ایک کنڈکٹر پلیٹ کو طے کیا گیا ہے اور دوسری پلیٹ دباؤ میں جانے کے لچکدار ہے۔ اب اگر آپ ایک گنجائش میٹر لیتے ہیں اور دو آؤٹ پٹ ٹرمینلز کے مابین پڑھتے ہیں تو آپ دو متوازی پلیٹوں کے درمیان ایک گنجائش کی قیمت کا مشاہدہ کرسکتے ہیں ، اس کی وجہ یہ ہے کہ پورا سیٹ اپ ایک متوازی پلیٹ کیپسیسیٹر کا کام کرتا ہے ۔ چونکہ یہ اس وقت کے متوازی پلیٹ کاپاکیسیٹر کے طور پر کام کرتا ہے ، ہمیشہ کی طرح ، ایک عام سندارتر کی تمام خصوصیات اب اس پر لاگو ہوتی ہیں۔ باقی حالت کے تحت چلیں دو پلیٹوں کے درمیان کیپسیٹنسیس کو C1 بنائیں ۔

جیسا کہ اعداد و شمار میں دکھایا گیا ہے ، یہ خراب اور نیچے کی پرت کے قریب جائے گا۔ کیونکہ پرتیں قریب ہوجاتی ہیں ، دو تہوں کے مابین اہلیت بڑھ جاتی ہے۔ لہذا دوری اتنی ہے کہ گنجائش کو کم کریں اور سندی سند سے فاصلہ کم کریں ۔ اگر ہم اس اہلیت کو آر سی گونجنے والے سے جوڑتے ہیں تو ہم دباؤ کی نمائندگی کرنے والے تعدد سگنل حاصل کرسکتے ہیں۔ یہ سگنل مائیکروکنٹرولر کو مزید پروسیسنگ اور ڈیٹا پروسیسنگ کے لئے دیا جاسکتا ہے۔

MEMS مائکروفون

ایم ای ایم ایس مائکروفون کا ڈیزائن دباؤ سینسر سے ملتا جلتا ہے اور مندرجہ ذیل اعداد و شمار مائکروفون کی داخلی ساخت کو ظاہر کرتا ہے۔

آئیے اس پر غور کریں کہ سیٹ اپ آرام سے ہے اور ان حالات میں فکسڈ پلیٹ اور ڈایافرام کے درمیان کیپسیٹینس C1 ہے ۔

اگر ماحول میں شور ہے تو آواز آؤٹلیٹ کے ذریعہ آلہ میں داخل ہوتی ہے۔ یہ آواز ڈایافرام کو کمپن کرنے کا باعث بنتی ہے جس سے ڈایافرام اور فکسڈ پلیٹ کے مابین فاصلہ مسلسل تبدیل ہوتا رہتا ہے۔ اس کے نتیجے میں ، Capacitance C1 میں مسلسل تبدیلی آتی ہے۔ اگر ہم اس بدلنے والے گنجائش کو اسی پروسیسنگ چپ سے مربوط کرتے ہیں تو ہم بدلنے والے گنجائش کے لئے بجلی کا آؤٹ پٹ حاصل کرسکتے ہیں۔ چونکہ بدلنے والے گنجائش کا براہ راست تعلق شور سے ہوتا ہے ، لہذا اس برقی سگنل کو ان پٹ صوتی کی تبدیل شدہ شکل کے طور پر استعمال کیا جاسکتا ہے۔

MEMS میگناٹومیٹر

MEMS میگنیٹومیٹر زمین کے مقناطیسی فیلڈ کی پیمائش کے لئے استعمال ہوتا ہے ۔ ڈیوائس ہال ایفیکٹ یا میگناٹو ریسائسیو افیکٹ کی بنیاد پر تیار کی گئی ہے ۔ زیادہ تر MEMS میگنیٹومیٹر ہال اثر کو استعمال کرتے ہیں ، لہذا ہم اس پر تبادلہ خیال کریں گے کہ مقناطیسی فیلڈ کی طاقت کی پیمائش کرنے کے لئے اس طریقہ کو کس طرح استعمال کیا جاتا ہے۔ اس کے لئے آئیے ہم ایک ترغیبی پلیٹ پر غور کریں اور ایک طرف کے سروں کو بیٹری سے منسلک کریں جیسا کہ اعداد و شمار میں دکھایا گیا ہے۔

یہاں آپ الیکٹرانوں کے بہاؤ کی سمت دیکھ سکتے ہیں ، جو منفی ٹرمینل سے مثبت ٹرمینل تک ہے۔ اب اگر کوئی مقناطیس کنڈکٹر کے اوپری حصے کے قریب لایا جاتا ہے تو کنڈیکٹر میں الیکٹران اور پروٹون تقسیم ہوجاتے ہیں جیسا کہ نیچے دیئے گئے اعداد میں دکھایا گیا ہے۔

یہاں مثبت چارج رکھنے والے پروٹون طیارے کے ایک طرف جمع ہوجاتے ہیں جبکہ منفی چارج لینے والے الیکٹران بالکل مخالف سمت جمع ہوجاتے ہیں۔ اس وقت اگر ہم وولٹ میٹر لے کر دونوں سروں پر جڑ جاتے ہیں تو ہمیں ایک پڑھنے کو ملے گا۔ یہ وولٹیج پڑھنا V1 فیلڈ طاقت کے متناسب ہے جو اوپر والے کنڈکٹر کے ذریعہ تجربہ کیا جاتا ہے۔ موجودہ اور مقناطیسی فیلڈ کا استعمال کرکے وولٹیج جنریشن کے مکمل مظاہر کو ہال اثر کہتے ہیں ۔

اگر مندرجہ بالا ماڈل کی بنیاد پر ، MEMS کا استعمال کرتے ہوئے ایک سادہ سسٹم تیار کیا گیا ہے ، تو ہم ایک ٹرانس ڈوائس حاصل کریں گے جو فیلڈ کی طاقت کو محسوس کرتا ہے اور خطے میں متناسب بجلی کی پیداوار فراہم کرتا ہے۔

MEMS Gyroscope

MEMS گائروسکوپ بہت مشہور ہے اور بہت سے ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر ، ہم ہوائی جہازوں ، جی پی ایس سسٹمز ، اسمارٹ فونز وغیرہ میں ایم ای ایم ایس جیروسکوپ تلاش کرسکتے ہیں۔ MEMS جائروسکوپ کے اصول کو سمجھنے اور اس کے کام کرنے کے ل us ، آئیے ہم اس کے داخلی ڈھانچے کو دیکھیں۔

یہاں S1 ، S2 ، S3 اور S4 بیرونی لوپ اور دوسرے لوپ کو مربوط کرنے کے لئے استعمال ہونے والے چشمے ہیں۔ جبکہ S5 ، S6 ، S7 اور S8 دوسرے لوپ اور ماس 'M' کو مربوط کرنے کے لئے استعمال شدہ چشمے ہیں۔ یہ بڑے پیمانے پر y محور کے ساتھ گونج رہے گا جیسا کہ اعداد و شمار میں دی گئی سمت سے ظاہر ہوتا ہے۔ نیز ، یہ گونج اثر عام طور پر MEMS آلات میں کشش کی الیکٹروسٹاٹٹک طاقت کا استعمال کرکے حاصل کیا جاتا ہے۔

آرام کی شرائط میں ، اوپر والی پرت یا نیچے کسی بھی دو پلیٹوں کے درمیان کیپسیسینس ایک جیسی ہوگی ، اور جب تک ان پلیٹوں کے مابین فاصلے میں کوئی تبدیلی نہیں آئے گی تب تک وہی رہے گا۔

فرض کیج if اگر ہم اس سیٹ کو گھومنے والی ڈسک پر سوار کرتے ہیں تو پھر پلیٹوں کی پوزیشن میں کچھ خاص تبدیلی آئے گی جیسا کہ ذیل میں دکھایا گیا ہے۔

جب سیٹ اپ ایک گھومنے والی ڈسک پر انسٹال ہوجاتا ہے جیسا کہ دکھایا گیا ہے ، تو پھر سیٹ اپ کے اندر بڑے پیمانے پر گونجتے ہوئے ایک قوت کا تجربہ ہوگا جو اندرونی سیٹ اپ میں بے گھر ہونے کا سبب بنتا ہے۔ آپ دیکھ سکتے ہیں کہ اس بے گھر ہونے کی وجہ سے چاروں چشموں S1 سے S4 کی شکل خراب ہوگئی ہے۔ اچانک گھومنے والی ڈسک پر رکھے جانے پر بڑے پیمانے پر گونج کر یہ قوت تجربہ کرتی ہے ، کوریلیس اثر کے ذریعہ اس کی وضاحت کی جاسکتی ہے ۔

اگر ہم پیچیدہ تفصیلات کو چھوڑ دیں تو پھر یہ نتیجہ اخذ کیا جاسکتا ہے کہ اچانک سمت میں تبدیلی کی وجہ سے اندرونی تہہ میں نقل مکانی موجود ہے۔ یہ نقل مکانی بھی نیچے اور اوپر کی دونوں پرتوں پر سندارتر پلیٹوں کے درمیان فاصلہ بدلنے کا سبب بنتی ہے۔ جیسا کہ پچھلی مثالوں میں بیان کیا گیا ہے کہ فاصلے میں تبدیلی کی وجہ سے اہلیت بدل جاتی ہے۔

اور ہم اس پیرامیٹر کو ڈسک کی گردش کی رفتار کی پیمائش کے لئے استعمال کرسکتے ہیں جس پر ڈیوائس رکھی گئی ہے۔

بہت سے دوسرے MEMS آلات MEMS ٹکنالوجی کا استعمال کرتے ہوئے ڈیزائن کیے گئے ہیں اور ان کی تعداد بھی ہر روز بڑھتی جارہی ہے۔ لیکن یہ سارے آلات کام کرنے اور ڈیزائن کرنے میں ایک خاص مماثلت رکھتے ہیں ، لہذا مذکورہ بالا چند مثالوں کو سمجھ کر ہم دوسرے MEMS دیگر آلات کے کام کو آسانی سے سمجھ سکتے ہیں۔