A sensing material-free and simple readout MEMS sensor for detecting Helium

微电子机械系统 材料科学 电容 泄漏(经济) 电介质 光电子学 电气工程 核工程 工程类 化学 有机化学 电极 物理化学 经济 宏观经济学
作者
Sulaiman Mohaidat,Mohammad Okour,Fadi Alsaleem
出处
期刊:Journal of Micromechanics and Microengineering [IOP Publishing]
标识
DOI:10.1088/1361-6439/adaf2e
摘要

Abstract In this work, we report a method that enables a standard electrostatic MEMS device to perform complex sensing functionalities, such as detecting the presence of helium without a sensing material or a conditioning circuit. Helium is a noble, odorless, non-reactive gas that is very challenging to detect. It is used in critical applications such as storing nuclear fuel waste inside a dry cask. In these applications, its leakage from the dry cask may indicate the cask's safe operation's degradation. A departure from the common practice of exciting the MEMS around its mechanical resonance, the method is based on exciting the MEMS around its electrical resonance circuit. This method shows that the tiny difference between the air dielectric constant (1.00059) and helium (1.000067) corresponding to only a few Femtofarad level capacitances produces a 25 mV difference without a conditioning circuit. Simulation results confirmed those findings and explored the sensor response at different operation conditions. This method eliminates the need for a heated microstructure and the need for absorption material. This method is not limited to gas sensing. It can be applied to other sensing mechanisms, such as acceleration and pressure measurements, and eliminate the complex circuit to read small capacitance in these applications.

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