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一种低频高灵敏度压电MEMS声接收器设计 被引量：2
1
作者 王登攀 黄晶 +7 位作者 赵德锋 王飞 王露 刘文怡 苗晋威 张立宇 袁宇鹏 胡义东 《压电与声光》 北大核心 2025年第1期28-31,58,共5页
为了提高低频段的灵敏度,基于ScAlN薄膜设计了一种开缝式低频高灵敏度MEMS声传感器结构,并分析了开缝数量对谐振频率和电压输出的影响规律。制作微机电系统(MEMS)声接收器样品,当谐振频率为29.3 kHz时,在20~30 kHz内测得其最高灵敏度高... 为了提高低频段的灵敏度,基于ScAlN薄膜设计了一种开缝式低频高灵敏度MEMS声传感器结构,并分析了开缝数量对谐振频率和电压输出的影响规律。制作微机电系统(MEMS)声接收器样品,当谐振频率为29.3 kHz时,在20~30 kHz内测得其最高灵敏度高于-60 dB,说明所提出的开缝式结构能在低频段实现高灵敏度。 展开更多
关键词 压电薄膜 微机电系统(mems) 声接收器
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MEMS电热驱动器多场耦合模型及温度特性
2
作者 谢海鹏 曹云 +3 位作者 孔啸宇 朱恒伯 陈旺生 席占稳 《哈尔滨工业大学学报》 北大核心 2025年第4期142-150,共9页
为研究微小尺度下MEMS电热驱动器的温度特性,考虑空气对驱动器动态热平衡的影响,提出了一种基于空气对流传热的电-热-流-固多场耦合模型。根据能量守恒方程以及气体对流换热和热传导等理论,建立MEMS电热驱动器的电-热-流-固多场耦合模型... 为研究微小尺度下MEMS电热驱动器的温度特性,考虑空气对驱动器动态热平衡的影响,提出了一种基于空气对流传热的电-热-流-固多场耦合模型。根据能量守恒方程以及气体对流换热和热传导等理论,建立MEMS电热驱动器的电-热-流-固多场耦合模型,并进行了有限元仿真。搭建MEMS电热驱动器温度特性试验平台,将恒定电压激励下的驱动器温度响应试验结果与电-热-流-固多场耦合模型以及传统传热模型仿真结果进行对比分析,结果表明:相较于基于恒定对流换热系数及经验公式的模型,采用电-热-流-固多场耦合模型得到的结果准确性更高,稳态温度分布误差在0.8%~7.6%之间;驱动器各表面的对流换热系数分布不均匀;对流换热系数在上表面、下表面及竖直壁面分别呈现先下降后上升、上升以及先上升后下降的趋势,但在3个特征面上对流换热系数几乎同时达到稳态,此时驱动器温度也达到稳态。基于空气对流换热不均匀特性,所获得的电热驱动器温度特性为MEMS电热驱动器在微机电系统中的应用奠定了基础。 展开更多
关键词 电热驱动器 温度特性 对流换热 电-热-流-固 微机电系统(mems)
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考虑边缘效应的静电驱动MEMS振子非线性振动定性研究
3
作者 李佰洲 韩建鑫 +1 位作者 黄仪 崔良玉 《振动与冲击》 北大核心 2025年第1期10-19,共10页
应用非线性动力学理论定性研究了考虑边缘效应的静电驱动微机电系统(micro-electromechanical system,MEMS)振子的非线性主共振问题。首先,应用微分求积法的空间离散处理得到了系统的单自由度动力学方程;其次,应用分岔理论研究了系统的... 应用非线性动力学理论定性研究了考虑边缘效应的静电驱动微机电系统(micro-electromechanical system,MEMS)振子的非线性主共振问题。首先,应用微分求积法的空间离散处理得到了系统的单自由度动力学方程;其次,应用分岔理论研究了系统的静态分岔特征,推导并定义了无量纲临界立方刚度、一次吸合电压和二次吸合电压;然后,应用多尺度方法得到了系统的频响函数,定义了小幅振动频响软硬特性转换的无量纲临界电压;最后,结合动态吸合条件与软硬转换临界控制方程,讨论了系统的主共振以及阱间跳跃的动态规律。该研究对于定性掌握静电驱动MEMS振子的静动态吸合及主共振响应规律具有理论及工程参考价值。 展开更多
关键词 微机电系统(mems)振子非线性振动 分岔 吸合 边缘效应
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压电式MEMS水听器振膜结构的幅频特性检测研究
4
作者 宋辰阳 李建友 +1 位作者 李冠华 李根梓 《压电与声光》 北大核心 2025年第2期319-325,共7页
介绍了一种使用反射式数字全息显微镜检测压电式MEMS水听器中振膜结构幅频特性的方法。首先采用光学方法测量得到水听器上振膜结构的静态形貌,再利用压电材料的逆压电效应对压电薄膜施以一定区间频率的电激励,经数字全息显微镜表征动态... 介绍了一种使用反射式数字全息显微镜检测压电式MEMS水听器中振膜结构幅频特性的方法。首先采用光学方法测量得到水听器上振膜结构的静态形貌,再利用压电材料的逆压电效应对压电薄膜施以一定区间频率的电激励,经数字全息显微镜表征动态三维形貌,记录振膜在不同频率下的动态响应情况,以获得其特征频率、特征频率处的振型等关键信息。试验结果表明,该方法能较好地表征振膜结构的静态形貌、特征频率、振型等特性,有助于加速压电式微机电系统(MEMS)水听器的迭代开发。 展开更多
关键词 微机电系统(mems) 压电水听器 振膜结构 数字全息显微镜 幅频特性
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微机电系统(MEMS)磨损的分形分析 被引量：5
5
作者 熊翔 周焱 朱建新 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2008年第6期63-66,共4页
基于M-B分形磨损模型,建立微机电系统(MEMS)表面磨损率与分形维数之间的关系,对MEMS表面的磨损规律与表面特性进行相关分析。结果表明,分形维数对MEMS表面磨损率的影响具有一定的规律性,当分形维数在某一范围时,磨损率随着分形维数的减... 基于M-B分形磨损模型,建立微机电系统(MEMS)表面磨损率与分形维数之间的关系,对MEMS表面的磨损规律与表面特性进行相关分析。结果表明,分形维数对MEMS表面磨损率的影响具有一定的规律性,当分形维数在某一范围时,磨损率随着分形维数的减小而迅速增大;当分形维数为1.5时,磨损率达到最小值。当分形维数一定时,磨损率随着尺度系数、磨损概率常数的增大而增加,随着MEMS材料性能参数的增大而减小。当其它影响参数保持一定时,磨损率随着MEMS表面接触面积的增大而增加。 展开更多
关键词 微机电系统(mems) 磨损 分形 磨损率
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立体微型器件的微制造技术及其在微机电系统(MEMS)的应用 被引量：8
6
作者 李敬锋 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2002年第4期657-664,共8页
综述了近年来与微型机电系统（MEMS）相关的材料微制造和微加工技术的最新研究进展.重点介绍了如何利用硅晶片作为微型模具来制备压电陶瓷和热电材料的微型柱状阵列结构和反应烧结碳化硅微型转子等微制造技术,并展望了材料微制造技术在... 综述了近年来与微型机电系统（MEMS）相关的材料微制造和微加工技术的最新研究进展.重点介绍了如何利用硅晶片作为微型模具来制备压电陶瓷和热电材料的微型柱状阵列结构和反应烧结碳化硅微型转子等微制造技术,并展望了材料微制造技术在研制微型医疗器件和微型移动能源方面的应用前景. 展开更多
关键词 立体微型器件 微制造技术 微机电系统 mems 碳化硅 微柱阵列 硅模工艺 压电陶瓷 微型转子 热电器件
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微机电系统(MEMS)促进测量学发展 被引量：6
7
作者 黄俊钦 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第1期107-110,共4页
本文从纳米、超微角位移测量 ,及力学、声学、医学测量诸方面说明 MEMS促进测量学的发展。通过所举范例 ,可以看出MEMS在各方面促进测量学发展及其深远的科学意义。其中超微角位移测量的构想以往资料未见 。
关键词 微机电系统 mems 微量学 纳米测量 超微角位移测量
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《微机电系统(MEMS)》专题文章导读 被引量：2
8
作者 吴一辉 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第2期117-117,共1页
关键词 mems 微机电系统 三维制作 设计理论
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微机电系统(MEMS)的干涉测量方法的研究进展
9
作者 吕捷 王鸣 《激光杂志》 CAS CSCD 北大核心 2003年第5期4-6,共3页
目前大量的机械系统中应用了微电子机械设备 ,从而对微机电系统 (MEMS)的测量提出了新的要求。
关键词 微机电系统 mems 干涉测量 测量方法 激光干涉 光干涉平台
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一种基于压电驱动的扭转式MEMS电场传感器设计与仿真优化 被引量：1
10
作者 刘阳 饶宇飞 +6 位作者 李海峰 王誉铮 魏诗超 马斌 杨庆 柯锟 廖伟 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第28期12211-12219,共9页
电力传感技术是实现新型电力系统数字化转型的关键,其中电场参量是重要的监测对象之一。提出一种基于压电驱动的扭转式微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)电场传感器。该微机电系统电场传感器的通过驱动结构带动屏蔽电... 电力传感技术是实现新型电力系统数字化转型的关键,其中电场参量是重要的监测对象之一。提出一种基于压电驱动的扭转式微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)电场传感器。该微机电系统电场传感器的通过驱动结构带动屏蔽电极在感应电极表面周期性振动实现电场的调制测量。其压电驱动结构为4个对称分布的L型压电悬臂梁,屏蔽电极和感应电极为两对交错耦合的梳齿电极构成。接着通过COMSOL仿真软件建立了结构的固体力学-静电耦合模型,计算了敏感结构的谐振频率和振动幅值。结果显示:结构的工作模态下的谐振频率可达到25047 Hz,在3 V的交流驱动电压下屏蔽电极末端位移为85.06μm。进一步通过参数扫描方式对敏感结构的关键参数进行仿真分析。优化了梳齿电极的长度、宽度、间距、个数等参数以及感应电极长度、感应电极宽度、梳齿电极的个数和感应电极间距。最后完成了传感器的测试。测试结果表明:该传感器的灵敏度为3.24 mV/(kV/m),测量误差最大仅为3.75%。 展开更多
关键词 微机电系统(mems) 电场传感器 压电驱动 COMSOL
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MEMS传感器异质材料键合界面的可靠性分析
11
作者 袁婷 许高斌 +2 位作者 关存贺 马渊明 冯建国 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期469-474,共6页
微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)传感器的制备会涉及多种材料的键合,键合过程中不同材料之间由于热膨胀系数不同而产生各种内部应力,当应力大于键合强度时,材料分层从而导致器件失效。为了明确异质材料间微观应力对... 微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)传感器的制备会涉及多种材料的键合,键合过程中不同材料之间由于热膨胀系数不同而产生各种内部应力,当应力大于键合强度时,材料分层从而导致器件失效。为了明确异质材料间微观应力对器件可靠性的影响,文章考虑材料的热膨胀系数和温度影响下的杨氏模量,利用COMSOL仿真获得的应力数据建立异质材料间的键合界面应力在不同温度、热膨胀系数和杨氏模量3种因素共同影响下的理论数学模型;并针对MEMS传感器中的硅-玻璃键合界面,基于相关键合强度数据,结合蒙特卡洛方法和应力强度干涉模型计算得到异质材料键合界面的可靠度。结果显示,异质材料键合界面的可靠度为0.992108,表明在服从韦布尔分布下的温度产生的应力不足以引起材料失效,此时器件的稳定性和可靠性较高,验证了所建模型的正确性和实用性,实现了对MEMS传感器退化行为的建模及预测。 展开更多
关键词 微机电系统(mems)传感器 异质材料 键合界面 热应力 可靠性
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飞秒激光实现微机电系统加工短流程工艺 被引量：6
12
作者 王建中 史铁林 熊良才 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2008年第1期88-91,共4页
为探讨采用飞秒激光直接刻写样品取代传统光刻掩膜版方式来实现微机电系统(MEMS)加工短流程工艺的可行性,采用中心波长为800nm、脉宽为50 fs的激光对100硅片(薄膜为350nm^500nm厚的氮化硅)进行实验,分析了飞秒激光材料加工特性。分析和... 为探讨采用飞秒激光直接刻写样品取代传统光刻掩膜版方式来实现微机电系统(MEMS)加工短流程工艺的可行性,采用中心波长为800nm、脉宽为50 fs的激光对100硅片(薄膜为350nm^500nm厚的氮化硅)进行实验,分析了飞秒激光材料加工特性。分析和实验结果表明,飞秒激光比纳秒、皮秒激光更适用于短流程工艺。MEMS加工短流程工艺减少了加工流程,缩短了加工周期。通过对激光脉冲能量和平台移动速度的控制可实现精确微加工。 展开更多
关键词 激光技术 短流程工艺 飞秒激光 微机电系统 微加工
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一种新型MEMS微电感制作工艺和模拟研究 被引量：2
13
作者 谈志杰 沈娇艳 +2 位作者 程新利 王友清 潘涛 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2014年第2期278-281,共4页
采用光刻、干法刻蚀、电镀等微机电系统(MEMS)工艺设计了一种新型的带磁芯的螺线管微电感。采用COMSOL Multiphysics有限元软件,计算了不同频率交流载荷下的等效电阻、等效电感和阻抗随频率变化的关系。模拟结果表明,在1kHz^1MHz的频率... 采用光刻、干法刻蚀、电镀等微机电系统(MEMS)工艺设计了一种新型的带磁芯的螺线管微电感。采用COMSOL Multiphysics有限元软件,计算了不同频率交流载荷下的等效电阻、等效电感和阻抗随频率变化的关系。模拟结果表明,在1kHz^1MHz的频率范围内,其等效电感值基本不变,约为27nH,电阻值约为9Ω,射频模拟结果表明其共振频率为0.45GHz。 展开更多
关键词 微机电系统(mems) 制作工艺 螺线管微电感 有限元模拟 COMSOL MULTIPHYSICS
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基于MEMS声发射传感器的齿轮故障检测系统
14
作者 张继轩 豆涵杰 +5 位作者 刘涛 李志浩 杨晓 张明洋 毛宇宸 牟笑静 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第5期638-643,共6页
声发射传感器广泛应用于装备实时健康检测,而传统使用的压电陶瓷换能器存在体积大、能耗高、难集成及成本高等问题,因此设计了基于ScAlN的六边形压电薄膜声发射传感器。该传感器的体积为Φ18 mm×6 mm,在40~500 kHz带宽内,其表面波... 声发射传感器广泛应用于装备实时健康检测,而传统使用的压电陶瓷换能器存在体积大、能耗高、难集成及成本高等问题,因此设计了基于ScAlN的六边形压电薄膜声发射传感器。该传感器的体积为Φ18 mm×6 mm,在40~500 kHz带宽内,其表面波和纵波灵敏度均高于60 dB[Ref.V/(m/s)]。通过匹配层设计和封装后,搭建了齿轮故障检测系统,能有效区分正常齿轮和断齿信号。测试结果表明,基于微机电系统(MEMS)的压电薄膜声发射传感器可同时兼顾高灵敏度和微型化,在齿轮故障诊断方面具有较高的可靠性和准确性。 展开更多
关键词 微机电系统(mems) 压电薄膜超声换能器 声发射 声阻抗匹配 齿轮故障检测
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基于兰姆波压电谐振器的高频低相噪MEMS振荡器仿真研究
15
作者 赵颖 崔向东 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第2期191-196,共6页
发达的现代通信设备对时钟源器件提出了更高的要求,在保障频率信号稳定的同时还需要器件具备可集成、微型化等特点,微机电系统(MEMS)振荡器因其具备这些优势,已逐渐替代传统振荡器,成为电子设备中信号源的常用元器件。该文设计了一种MEM... 发达的现代通信设备对时钟源器件提出了更高的要求,在保障频率信号稳定的同时还需要器件具备可集成、微型化等特点,微机电系统(MEMS)振荡器因其具备这些优势,已逐渐替代传统振荡器,成为电子设备中信号源的常用元器件。该文设计了一种MEMS振荡器并对其进行仿真测试,该振荡器的核心选频器件由Lamb波压电谐振器组成,在应用于振荡电路前,对设计的MEMS谐振器进行了仿真测试,并提出两种优化其寄生模态的方法,所得谐振器的品质因数(Q)为1357.5,串联谐振频率为70.384 MHz。将优化后谐振器应用于振荡电路后,对振荡器输出信号和相位噪声进行测试,结果表明,MEMS振荡器的输出载波频率为70.58 MHz,相位噪声为-64.299 dBc/Hz@1 Hz及-144.209 dBc/Hz@10 kHz。 展开更多
关键词 压电谐振器 寄生模态抑制 低相位噪声 微机电系统(mems)振荡器
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基于MEMS电场传感器的直流验电器系统设计 被引量：10
16
作者 唐立军 周年荣 +2 位作者 方正云 范良进 张文斌 《传感器与微系统》 CSCD 2019年第9期77-80,共4页
为了对高压直流输电(HVDC)的传输线进行可靠的带电状态检验,提出并设计了一种基于微机电系统(MEMS)电场传感器的非接触式直流验电器系统。MEMS电场传感器用于测量DC电场。为了实现对电场信号的采集和处理,设计了以32位嵌入式微处理器为... 为了对高压直流输电(HVDC)的传输线进行可靠的带电状态检验,提出并设计了一种基于微机电系统(MEMS)电场传感器的非接触式直流验电器系统。MEMS电场传感器用于测量DC电场。为了实现对电场信号的采集和处理,设计了以32位嵌入式微处理器为核心的非接触式直流验电器系统。通过声光预警模块实现有电提醒,简化验电作业的操作复杂性。该系统的应用可以准确检测直流输电线路的带电状态信息,并在检测到输电线路带电时及时报警,具有操作简单,抗干扰能力强,电池寿命长达23 h的特点。 展开更多
关键词 微机电系统(mems)电场传感器 直流电场 直流验电系统 COMSOL仿真软件
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硅基MEMS加工技术及其标准工艺研究 被引量：41
17
作者 王阳元 武国英 +5 位作者 郝一龙 张大成 肖志雄 李婷 张国炳 张锦文 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第11期1577-1584,共8页
本文论述了硅基MEMS标准工艺 ,其中包括三套体硅标准工艺和一套表面牺牲层标准工艺 .深入地研究了体硅工艺和表面牺牲层工艺中的关键技术 .体硅工艺主要进行了以下研究 :硅 /硅键合、硅 /镍 /硅键合、硅 /玻璃键合工艺及其优化 ;研究了... 本文论述了硅基MEMS标准工艺 ,其中包括三套体硅标准工艺和一套表面牺牲层标准工艺 .深入地研究了体硅工艺和表面牺牲层工艺中的关键技术 .体硅工艺主要进行了以下研究 :硅 /硅键合、硅 /镍 /硅键合、硅 /玻璃键合工艺及其优化 ;研究了高深宽比刻蚀工艺、优化了工艺条件 ;解决了高深宽比刻蚀中的Lag效应 ;开发了复合掩膜高深宽比多层硅台阶刻蚀和单一材料掩膜高深宽比多层硅台阶刻蚀工艺研究 .表面牺牲层工艺主要进行了下列研究 :多晶硅薄膜应力控制工艺 ; 展开更多
关键词 硅基 mems标准工艺 高深宽比刻蚀 键合 多晶硅 应力 防粘附 微机电系统 半导体
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MEMS电容式超声传感器设计 被引量：16
18
作者 于佳琪 何常德 +4 位作者 张永平 苗静 李玉平 薛晨阳 张文栋 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2013年第5期706-710,共5页
在传统的电容式超声传感器(CMUT)制造过程中,用低压化学气相淀积技术形成的氮化硅薄膜残余应力大且机械性能难以预知。为此,设计了一种基于阳极键合技术的CMUT,传感器薄膜和空腔分别定义在均匀性好、残余应力低的SOI片和玻璃片上。建立... 在传统的电容式超声传感器(CMUT)制造过程中,用低压化学气相淀积技术形成的氮化硅薄膜残余应力大且机械性能难以预知。为此,设计了一种基于阳极键合技术的CMUT,传感器薄膜和空腔分别定义在均匀性好、残余应力低的SOI片和玻璃片上。建立了一个简化的分析模型对该结构进行机械性能分析,采用有限元分析软件ANSYS仿真验证该所建立的分析模型并预估传感器的性能。利用ANSYS静电-结构耦合仿真给出了塌陷电压。介绍了敏感单元的工艺流程。所设计的传感器频率为1.48 MHz,灵敏度为0.24fF/Pa,塌陷电压为70V,量程为48kPa。 展开更多
关键词 电容式超声传感器 微机电系统（mems） 阳极键合 ANSYS 工艺流程
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UV-LIGA工艺误差对MEMS万向惯性开关性能的影响 被引量：7
19
作者 曹云 席占稳 +2 位作者 王炅 聂伟荣 孔南 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期1815-1823,1833,共10页
为提高微机电系统(MEMS)万向惯性开关的性能,实现工程化应用,对其进行工艺误差与性能关系研究.基于多层UV-LIGA工艺制作多个开关样机,进行主要结构尺寸测量,并确定工艺误差方向;从UV-LIGA工艺过程的曝光、显影与电铸、腐蚀3个阶段,分析... 为提高微机电系统(MEMS)万向惯性开关的性能,实现工程化应用,对其进行工艺误差与性能关系研究.基于多层UV-LIGA工艺制作多个开关样机,进行主要结构尺寸测量,并确定工艺误差方向;从UV-LIGA工艺过程的曝光、显影与电铸、腐蚀3个阶段,分析误差的产生机理,并进一步分析单一结构误差、非对称误差和偏心误差对开关阈值和接触时间的影响.结果表明:弹簧线宽、厚度、侧壁倾角和两电极间隙等单一结构尺寸的增大会导致阈值增大;非对称误差会导致开关各向刚度不一致,使阈值散布更大;偏心误差会大幅度减小开关轴向阈值,而对径向阈值影响较小.对多个开关样机的测试结果验证了开关工艺误差及单一结构误差对阈值影响的正确性. 展开更多
关键词 微机电系统(mems) UV-LIGA 工艺误差 万向惯性开关 阈值
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一种基于MEMS芯片的新型地面大气电场传感器 被引量：14
20
作者 杨鹏飞 陈博 +3 位作者 闻小龙 彭春荣 夏善红 郝一龙 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第6期1536-1540,共5页
该文基于MEMS电场敏感芯片,研制出了一种新型的地面大气电场传感器,解决了现有场磨式电场仪易磨损、功耗大、故障率高等问题。敏感芯片采用SOIMUMPS加工工艺制备,其芯片面积仅为5.5 mm×5.5 mm。该文提出了传感器敏感芯片的弱信号... 该文基于MEMS电场敏感芯片,研制出了一种新型的地面大气电场传感器,解决了现有场磨式电场仪易磨损、功耗大、故障率高等问题。敏感芯片采用SOIMUMPS加工工艺制备,其芯片面积仅为5.5 mm×5.5 mm。该文提出了传感器敏感芯片的弱信号检测方法,设计出了满足环境适应性的传感器整体结构方案,并建立了传感器的灵敏度分析模型。对电场传感器进行测试,测量范围为-50 k V/m^50 k V/m,总不确定度为0.67%,分辨力达到10 V/m,功耗仅为0.62 W。外场试验结果表明,MEMS地面大气电场传感器在晴天和雷暴天的电场探测结果,与Campbell公司场磨式电场仪探测结果都有较好的一致性,说明该传感器能满足预测雷暴要求,实现雷电监测和预警功能。 展开更多
关键词 微机电系统 电场传感器 mems地面大气电场传感器
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