التقدم في تكنولوجيا المستشعرات بناءً على أحدث الأبحاث على الماس

يستخدم مقياس المغنطيسي المتكامل للغاية الذي تم تطويره بواسطة معهد Fraunhofer للفيزياء الصلبة التطبيقية (IAF) شواغر النيتروجين (NV) في الماس للكشف عن الحقول المغناطيسية الصغيرة للغاية ، والتي كانت في السابق لا يمكن تحقيقها من حيث المرونة والدقة.

 

يفتح نظام القياس المصغر هذا إمكانيات جديدة للتطبيقات التي تتطلب قراءات عالية الدقة والحد الأدنى من التداخل ، مثل التحليل الكيميائي الحيوي للمسارات العصبية والقياسات الدقيقة في الإلكترونيات الدقيقة.

 

تكمن الميزة الفريدة لمقياس NV Vector المستندة إلى الماس في وظيفتها الأصلية والبديهية ، والتي تمكنه من قياس مكونات المتجهات بدقة في المجال المغناطيسي للأرض في معظم ظروف العمل. وأوضح الدكتور مايكل ستويبي ، مدير وحدة الأعمال الكمومية في Fraunhofer IAF ، أن هذا يجعل المستشعر ليس فقط الابتكار التكنولوجي ، ولكن أيضًا تقدمًا كبيرًا في تكنولوجيا الاستشعار ".

 

إن الخاصية الفريدة لمراكز NV مرتبة على طول أربعة محاور بلورية في شبكة الماس تجعل من الممكن اكتشاف جميع مكونات المتجهات في المجال المغناطيسي باستخدام شريحة مستشعر واحدة مصنوعة من<100>الماس.

 

هذا يقلل بشكل كبير من الحاجة إلى المعايرة المعقدة وتوسيع نطاق التطبيق المحتمل ، متجاوزة القيود المفروضة على مقاييس المغنطيسية التقليدية. يدل هذا المستشعر على إحداث ثورة في البحث في مجالات متعددة ، مما يمثل تقدمًا كبيرًا في تطوير تقنيات قياس أكثر دقة وكفاءة.

 

قام الباحثون في معهد Fraunhofer IAF بنجاح بتقليل حجم مقياس المغنطيسي الكمومي المدمج بمقدار 30 مرة في عام واحد فقط. في الوقت الحاضر ، تكون رؤوس المستشعرات أكثر إحكاما ، مع أبعاد مماثلة لمقاييس المغناطيسية التقليدية التي تم ضخها بصريًا (OPMS) بشكل شائع في الصناعة ، مع الحفاظ على حساسية عالية على مستوى البتراء. هذا النظام القائم على الماس له مزايا كبيرة على التقنيات المتنافسة بسبب متانته ونطاق القياس الواسع ، مما يجعله قابلاً للتكيف إلى حد كبير مع سيناريوهات القياس المختلفة مع الحد الأدنى من المعايرة المطلوبة.

 

نحن نعمل بجد لتحقيق كثافة تكامل أعلى مع تحسين الحساسية. أدى الدكتور مايكل ستبي أن هدفنا في العام المقبل هو تقليص حجم المستشعر بمقدار 5 مرات ، مع زيادة الحساسية لتحقيق قياسات في نطاق Epitesla ".

 

تتمثل الميزة الرئيسية لمقياس المغناطيس الكمومي المتكامل التي طورتها Fraunhofer IAF في وظيفة تبريد المياه الاختيارية ، والتي تتيح قياسات المجال المغناطيسي المستقرة والموثوقة حتى في ظروف التشغيل القاسية. تجعل مرونة هذا التصميم والتكامل أحدث نموذج مستشعر في معهد الأبحاث الذي يقع في فرايبورج.

 

قال الدكتور مايكل كونزر ، مدير مشروع Fraunhofer IAF: "نحن نعتمد نهجًا موجهًا للتطبيق لتطوير نظام المستشعرات لدينا باستمرار وتلبية المتطلبات المخصصة لنظامنا".

 

بالإضافة إلى تحسينات النظام ، يعمل Fraunhofer IAF أيضًا على تعزيز المكون الأساسي للمستشعر - رأس استشعار الماس الشاغر النيتروجين (NV). يزرع هذا الماس الاصطناعي في المفاعل المخصص للمعهد ويتحول إلى أجهزة الكم عن طريق استبدال ذرات الكربون بدقة بذرات النيتروجين. في الوقت الحاضر ، يخطط معهد الأبحاث لتوسيع رقائق الماس النقية التي تبلغ قيمتها 2 بوصة إلى رقائق ربع بوصة في العام المقبل لتحقيق الإنتاج الصناعي.

 

على الرغم من أن أنظمة الملاحة اليوم لها دقة عالية وتغطية واسعة ، إلا أنها غالبًا ما تكون عرضة للتداخل وقد لا تكون متوفرة في جميع الأماكن. لذلك ، أصبحت طرق التنقل البديلة التي تعمل بشكل مستقل عن أنظمة الأقمار الصناعية للملاحة العالمية (GNSS) ذات أهمية متزايدة.

 

يعد المجال المغناطيسي للأرض أساسًا واعدًا لأنه يظهر اختلافات إقليمية ويمكن استخدامه كخريطة غير مرئية للملاحة المستقلة ، وخاصة في المناطق التي يتم فيها مقاطعة إشارات GPS أو من الصعب تلقيها.

 

يمكن لمستشعر الكم الذي طورته Fraunhofer IAF إنشاء خريطة حقل مغناطيسي شاملة وتوفير تنقل موثوق بناءً عليه. يوفر مقياس المغنطيسي المتجه طريقة تحديد المواقع والملاحة العالمية الخالية من التداخل. يمكن أن تكمل الملاحة عبر الأقمار الصناعية والعمل بدون إشارات الأقمار الصناعية ، مثل تحت الماء أو الأخاديد أو تحت الأرض أو المباني الداخلية أو الأنفاق.

 

يمكن لمقياس المغناطيس الكمومي الذي تم تطويره بواسطة معهد Fraunhofer للفيزياء التطبيقية (IAF) أن يحدد بدقة ولا يمكن الاتصال بالرواسب المعدنية تحت الأرض ، وبالتالي الحصول على موارد قيمة. يمكن أن يكتشف أيضًا مساحات كبيرة من الذخائر غير المنفعة ، مما يقلل بشكل كبير من خطر السكان في المناطق المتأثرة.