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题名基于弱耦合谐振器的高分辨力微型电场传感器设计
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作者
王若航
李晓南
顾羽
杨鹏飞
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机构
北京信息科技大学理学院
北京信息科技大学
中国科学院空天信息创新研究院
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出处
《仪表技术与传感器》
北大核心
2025年第6期1-6,12,共7页
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基金
国家自然科学基金项目(62101054,62031025)
传感技术联合国家重点实验室开放研究基金项目(SKT2201)
+2 种基金
北京市教育委员会科学研究计划项目(KM202211232005)
北京市科技计划项目(Z231100006623012)
北京信息科技大学“勤信人才”培育计划(QXTCPB202409)。
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文摘
基于弱耦合谐振器振动模态的能量集中效应可实现传感器高灵敏检测。为满足实际应用中对电场传感器高灵敏度和高分辨力的需求,提出了一种基于弱耦合谐振器的微型电场传感器结构设计方案。传感器由封装管壳、电场引入结构、微型放电开关和三自由度弱耦合谐振系统组成。重点研究了电场引入结构的高灵敏设计方法,为了解决电场感应电极的静电荷积累问题,提出在敏感结构中设计微型放电开关,进一步提高电场传感器的分辨力和零点稳定性。
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关键词
MEMS
模态局部化现象
电场引入结构
微型放电开关
灵敏度
分辨力
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Keywords
MEMS
mode localization phenomena
electric field introduction structure
micro discharge switch
sensitivity
resolution
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分类号
TP212
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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题名基于模态局部化效应的高分辨力微型电场传感器
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作者
王若航
杨鹏飞
顾羽
李晓南
彭春荣
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机构
北京信息科技大学理学院
北京信息科技大学北京市传感器重点实验室
中国科学院空天信息创新研究院传感器技术全国重点实验室
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出处
《仪器仪表学报》
北大核心
2025年第4期65-76,共12页
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基金
国家自然科学基金(62101054,62031025)
传感技术联合国家重点实验室开放研究基金(SKT2201)
+2 种基金
北京市教育委员会科学研究计划(KM202211232005)
北京市科技计划(Z231100006623012)
北京信息科技大学“勤信人才”培育计划(QXTCPB202409)项目资助。
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文摘
模态局部化效应是提高MEMS物理量传感器灵敏度和分辨力的有效途径。然而,由于没有深入研究电场引入方法,导致目前已报道的模态局部化MEMS电场传感器的分辨力没有达到弱电场探测需求。为此,基于模态局部化效应提出一种高分辨力MEMS电场传感器。传感器主要由电场引入结构、三自由度弱耦合谐振系统及封装基座构成,采用浮动分立式高分辨力电场引入结构设计方案,建立理论模型优化结构参数;以三自由度弱耦合谐振器振幅比的算术平方根作为电场传感器的输出,解决非线性输出问题;基于有限元仿真,分析了传感器的振动模态,并研究了电场感应电极的旋转对电场测量带来的影响。在真空条件下对已制备的电场传感器样片进行测试,结果表明:在0~7 kV/m待测电场范围内,传感器的灵敏度为0.068/(kV·m^(-1)),本底噪声为0.0121(V·m^(-1))/Hz;传感器的分辨力优于0.4 V/m,是目前国内外报道的最好水平。此外,在待测电场中旋转电场感应电极,对其灵敏度进行测试;并对传感器的三自由度弱耦合谐振器的模态局部化现象进行深入研究,发现可以通过驱动和扰动不同谐振器控制模态局部化现象发生在特定的谐振器和特定的模态上。
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关键词
MEMS
模态局部化现象
电场引入结构
灵敏度
分辨力
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Keywords
MEMS
mode localization phenomena
electric field introduction structure
sensitivity
resolution
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分类号
TH73
[机械工程—精密仪器及机械]
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