東大、「厚さ１ｃｍの空気の重さ変化が計測できる気圧センサの実現」について発表

「厚さ１ｃｍの空気の重さ変化が計測できる気圧センサを実現
―中国で開催される国際学会Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ２０１１にて発表―」



　国立大学法人東京大学（総長：濱田　純一、以下、東京大学）の東京大学ＩＲＴ研究機構長・大学院情報理工学系研究科　下山　勲　教授および阮　明勇（Ｎｇｕｙｅｎ　Ｍｉｎｈ　Ｄｕｎｇ，博士課程１年）らは、中国で開催される国際学会Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ２０１１（Ｔｈｅ　１６ｔｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ　Ｓｅｎｓｏｒｓ，Ａｃｔｕａｔｏｒｓ　ａｎｄ　Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ：トランスデューサーズ会議）にて、「厚さ１ｃｍの空気の重さ変化が計測できる気圧センサの実現」について、発表する予定である。


　気圧は空気の重さによる圧力で、我々の生活する空間の大気圧は０．１ＭＰａである。地表より１ｍ上昇すると約１０Ｐａ気圧が下がることが知られている。したがって山登りで標高１０００ｍの場所に行くと１０％程度気圧が下がる。

　今回発表する研究では、厚さ１ｃｍの空気の重さに相当する、気圧０．１Ｐａを計測できる非常に感度の高いＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）気圧センサを実現した。これまでのダイヤフラム型の圧力センサにくらべて、圧力を受ける面を支持する構造が小さいので、感度の高い圧力センサを作ることができる。このセンサを用いることで、１ｃｍの上下運動により変化する非常に小さい気圧の計測が可能となった。このセンサで高度変化を計れるので、図３に示すような一般道路とその真上の高速道路の走行を区別できるカーナビや、平地を歩くときと階段を登るときのエネルギー消費の違いが記録できる歩数計や携帯電話のマイクなどに広く応用が期待できる。

　研究では、図１に示すように、ピエゾ抵抗型カンチレバーを小型のチャンバーの上に配置した構造を用いた。カンチレバーの周りは１０μｍと非常に狭い隙間で囲まれており、チャンバー内の圧力が維持できるよう空気が漏れない構造となっている。またカンチレバーの大きさは２００μｍ×１６０μｍで、厚さは３００ｎｍとなっている。非常に小さく薄いため、１ｃｍ厚の空気の重さ変化でカンチレバーはたわむが、カンチレバー自体が軽いので、センサに働く加速度ではカンチレバーはたわまない。センサ外部の気圧の変化により、チャンバー内の圧力との差が発生し、その結果カンチレバーがたわむことで、圧力の変化を計測することができる。このセンサによって、図２に示すように一段一段と階段を下るときやドアの開け閉めなどによって発生する気圧の微小な変化を計測できることを示した。


参考：
　Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ２０１１　ｗｅｂｓｉｔｅ：http://www.transducers11-beijing.org/
　Ｎ．Ｍｉｎｈ−Ｄｕｎｇ，Ｈ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ，Ｋ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ　ａｎｄ　Ｉ．Ｓｈｉｍｏｙａｍａ，“ＢＡＲＯＭＥＴＲＩＣ　ＰＲＥＳＳＵＲＥ　ＣＨＡＮＧＥ　ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ”




※以下の資料は添付の関連資料「図１〜３」を参照
　・図１：製作した気圧センサの原理
　・図２：１１段の階段の下りによる気圧の変化の計測
　・図３：気圧センサをカーナビにつけると高度差が計測できる