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基于直接数字频率合成器及正交锁相技术的交直流微型电场传感器电路 被引量:2
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作者 任东宇 彭春荣 夏善红 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第12期3030-3036,共7页
为了实现AC(工频)和DC电场同时检测,该文基于MEMS电场传感器,采用直接数字频率合成器(DDS)激励及正交锁相技术研制出一种高性能微型电场传感器电路。该系统结合低噪声模拟电路和数字控制方式,采用DDS产生精准的传感器激励信号和双路正... 为了实现AC(工频)和DC电场同时检测,该文基于MEMS电场传感器,采用直接数字频率合成器(DDS)激励及正交锁相技术研制出一种高性能微型电场传感器电路。该系统结合低噪声模拟电路和数字控制方式,采用DDS产生精准的传感器激励信号和双路正交参考信号,保证了激励信号及正交参考信号的频率、幅值稳定性以及双路正交参考信号之间准确的相位差。采用相关解调芯片及高速滤波器构建正交锁相放大电路,结合Advanced RISC Machines(ARM)微控制器,解决了单片机数字信号处理响应速度慢、资源不足等问题,成功实现AC(工频)及DC电场加载情况下传感器弱信号高精度提取。 展开更多
关键词 微型电场传感器 静电场及工频电场 直接数字频率合成器(DDS) 正交锁相放大器 分辨力
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SOI微型电场传感器的设计与测试 被引量:21
2
作者 杨鹏飞 彭春荣 +2 位作者 张海岩 刘世国 夏善红 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第11期2771-2774,共4页
该文研制了一种新型的基于SOI(Silicon-On-Insulator)微机械加工技术的高性能电场传感器敏感结构。为提高传感器的灵敏度和信噪比,该器件采用侧面屏蔽感应电极的独特设计方案,降低了传感器屏蔽电极的边缘效应;并基于有限元仿真,进一步... 该文研制了一种新型的基于SOI(Silicon-On-Insulator)微机械加工技术的高性能电场传感器敏感结构。为提高传感器的灵敏度和信噪比,该器件采用侧面屏蔽感应电极的独特设计方案,降低了传感器屏蔽电极的边缘效应;并基于有限元仿真,进一步优化了传感器敏感结构参数。在室温和室内大气压条件下,测试表明,测试量程0~50kV/m,传感器总不确定度优于2%,分辨率为50 V/m。 展开更多
关键词 电场微传感器 微机电系统(MEMS) 绝缘体上硅(SOI) 分辨率
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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
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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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Cu_2O纳米晶制备及其在乙醇气体传感器中的应用 被引量:8
4
作者 刘儒平 杜利东 +2 位作者 岳钊 牛文成 刘国华 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2013年第12期138-141,共4页
以CuCl2·H2O为主要原料,抗坏血酸作还原剂,聚乙二醇—20000(PEG—20000)作表面活性剂,利用化学混合法制备了纳米晶结构的Cu2O纳米立方体。研究了pH值对Cu2O纳米结构的影响,并用XRD和SEM对产物的物相和形貌进行了表征。将粉体制成... 以CuCl2·H2O为主要原料,抗坏血酸作还原剂,聚乙二醇—20000(PEG—20000)作表面活性剂,利用化学混合法制备了纳米晶结构的Cu2O纳米立方体。研究了pH值对Cu2O纳米结构的影响,并用XRD和SEM对产物的物相和形貌进行了表征。将粉体制成气敏元件,气敏性能测试结果表明:该Cu2O纳米晶对乙醇气体具有较高的灵敏度和选择性。600℃热处理2 h材料气敏特性最好,在最佳工作温度(360℃)下对体积分数为0.006%的乙醇气体灵敏度可达到38%,达到了口腔乙醇气体体积分数检测限度0.008%的要求。 展开更多
关键词 氧化亚铜 纳米立方体 气体传感器 气敏特性 乙醇气体
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数字气压传感器的一种高效标定和补偿方法 被引量:11
5
作者 李亮 杜利东 +1 位作者 赵湛 卫克晶 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2014年第11期44-47,共4页
硅压阻式压力传感器受制造工艺和测量环境的影响,其输出大都具有一定的非线性,其中以温度的影响最为明显。鉴于此,传感器需要准确地标定测试和温度补偿,首先制作一种带有高精度AD和微处理器的数字气压传感器,用它采集数据;然后分析测试... 硅压阻式压力传感器受制造工艺和测量环境的影响,其输出大都具有一定的非线性,其中以温度的影响最为明显。鉴于此,传感器需要准确地标定测试和温度补偿,首先制作一种带有高精度AD和微处理器的数字气压传感器,用它采集数据;然后分析测试设备,确定采用恒压变温的标定方案,它不仅效率高,而且能准确反映传感器的温度和输出特性;最后用最小二乘算法在微处理器上实现温度补偿,补偿后传感器的输出精度满足了应用需求。 展开更多
关键词 硅压阻式压力传感器 标定测试 温度补偿 最小二乘法
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高精度硅压阻式气压传感器系统设计 被引量:10
6
作者 周晓宇 张萌颖 +1 位作者 杜利东 赵湛 《传感器与微系统》 CSCD 2017年第4期97-99,共3页
为了消除环境温度对硅压阻式传感器输出的影响,大幅提升硅压阻式传感器的测量精度,将传感器芯片与热源和测温原件封装在一起,通过控制加热的方式使传感器工作在恒定50℃的环境中,对传感器进行线性标定和测试。结果显示:在-45~45℃环境下... 为了消除环境温度对硅压阻式传感器输出的影响,大幅提升硅压阻式传感器的测量精度,将传感器芯片与热源和测温原件封装在一起,通过控制加热的方式使传感器工作在恒定50℃的环境中,对传感器进行线性标定和测试。结果显示:在-45~45℃环境下,600~1 100 h Pa量程内气压传感器的测量误差小于0.3 h Pa。 展开更多
关键词 硅压阻式气压传感器 芯片加热 PID控制 温度补偿
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压电悬臂梁式微型电场传感器的设计与制备 被引量:4
7
作者 冯可 佟建华 +2 位作者 王宇 方东明 夏善红 《科学技术与工程》 北大核心 2015年第8期90-94,共5页
提出并研制一种新型压电悬臂梁式微型电场传感器,该传感器是基于压电(PZT)薄膜驱动的悬臂梁式微型电场传感器;同时介绍了传感器的工作原理、结构设计、制作工艺以及初步测试结果。该微型电场传感器由多根压电悬臂梁构成,每根悬臂梁能同... 提出并研制一种新型压电悬臂梁式微型电场传感器,该传感器是基于压电(PZT)薄膜驱动的悬臂梁式微型电场传感器;同时介绍了传感器的工作原理、结构设计、制作工艺以及初步测试结果。该微型电场传感器由多根压电悬臂梁构成,每根悬臂梁能同时具有屏蔽电场和感应电荷功能。对传感器感应电荷的能力进行了计算;并根据计算结果和工艺要求设计了传感器的参数。该微型电场传感器采用微加工技术制作,每根悬臂梁为多层复合结构(Al/Si3N4/Pt/PZT/Pt/Ti/Si O2/Si),其中PZT薄膜采用溶胶-凝胶法制备。测试结果证明,传感器具有良好的响应特性。 展开更多
关键词 电场传感器 压电驱动 PZT
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低轴间耦合的MEMS三维电场传感器 被引量:2
8
作者 凌必赟 彭春荣 +4 位作者 任仁 储昭志 张洲威 雷虎成 夏善红 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第8期1934-1940,共7页
轴间耦合干扰是影响3维电场传感器测量准确性的重要因素。该文提出了一种低耦合干扰的MEMS 1维电场敏感芯片,并将3个上述的芯片正交组合研制出一款低轴间耦合的MEMS 3维电场传感器。不同于已见报道的测量垂直方向电场分量的MEMS 1维电... 轴间耦合干扰是影响3维电场传感器测量准确性的重要因素。该文提出了一种低耦合干扰的MEMS 1维电场敏感芯片,并将3个上述的芯片正交组合研制出一款低轴间耦合的MEMS 3维电场传感器。不同于已见报道的测量垂直方向电场分量的MEMS 1维电场敏感芯片,该文提出的芯片采用轴对称设计,在差分电路的配合下能够测量垂直于对称轴方向的面内电场分量,并能够消除正交于测量轴方向的电场分量的耦合干扰。该MEMS 3维电场传感器具尺寸小和集成度高等优点。实验结果表明在0~120 k V/m电场强度范围内,该MEMS 3维电场传感器的轴间耦合灵敏度小于3.48%,3维电场测量误差小于7.13%。 展开更多
关键词 MEMS 3维 电场传感器 轴间耦合干扰
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新型电场传感器应用于输电线电场测量 被引量:8
9
作者 唐立军 彭春荣 +1 位作者 顾植彬 常亚东 《传感器与微系统》 CSCD 2017年第6期154-156,160,共4页
基于高性能的微电子机械系统(MEMS)工频电场传感器系统开展了高压架空输电线下电场测量应用研究。为了获得电场分布规律,基于模拟电荷法,建立了输电导线的二维电场计算通用模型。传感器系统核心敏感芯片基于电荷感应原理,采用MEMS技术... 基于高性能的微电子机械系统(MEMS)工频电场传感器系统开展了高压架空输电线下电场测量应用研究。为了获得电场分布规律,基于模拟电荷法,建立了输电导线的二维电场计算通用模型。传感器系统核心敏感芯片基于电荷感应原理,采用MEMS技术加工制作。在0~1 000 kV/m工频电场范围内,传感器系统的总不确定度为1.53%,分辨力达到了20 V/m。仿真与测试结果表明:35 kV与10 kV输电线下的电场计算结果与传感器系统的测量结果偏差分别为6%和10%,并与传统的Narda EFA—300电磁场分析仪测量结果具有较好的一致性。 展开更多
关键词 电荷模拟法 工频电场 微电子机械系统 电场传感器
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固体微/纳米尺度传热理论研究进展 被引量:6
10
作者 吕曜 宋青林 夏善红 《物理学进展》 CSCD 北大核心 2004年第4期424-435,共12页
 随着半导体技术的飞速发展,器件的尺寸已进入到微/纳米尺度。由于量子效应、表面及界面效应,使得微尺度下的热物性与宏观尺度下有了明显的区别。人们针对微观传热领域的特点,发展了声子玻尔兹曼传输方程、分子动力学等方法,取得了一...  随着半导体技术的飞速发展,器件的尺寸已进入到微/纳米尺度。由于量子效应、表面及界面效应,使得微尺度下的热物性与宏观尺度下有了明显的区别。人们针对微观传热领域的特点,发展了声子玻尔兹曼传输方程、分子动力学等方法,取得了一定的成果,但仍存在不少问题。一些基础概念问题,特别是非平衡态下的局域温度的定义,有待澄清。本文主要回顾近年来微/纳米尺度传热在理论和数值模拟方面的进展,以及目前所面临的挑战和问题。 展开更多
关键词 声子 非平衡态 纳米尺度 传输方程 固体 分子动力学 微尺度 热物性 界面效应 量子效应
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球形光声腔中二氧化碳的检测 被引量:8
11
作者 赵俊娟 赵湛 +3 位作者 杜利东 吴少华 肖丽 白敬彩 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第3期289-292,共4页
气体光声光谱技术是一种基于光声效应的微量气体检测技术,它具有高灵敏度、高选择性、大动态检测范围的优点,本文从理论上讨论了气体检测球形光声腔共振模式的声学特性,计算表明,与常用的圆柱形光声腔比较,球形光声腔不存在粘滞损耗,具... 气体光声光谱技术是一种基于光声效应的微量气体检测技术,它具有高灵敏度、高选择性、大动态检测范围的优点,本文从理论上讨论了气体检测球形光声腔共振模式的声学特性,计算表明,与常用的圆柱形光声腔比较,球形光声腔不存在粘滞损耗,具有更好的检测特性;利用球形光声腔和二氧化碳激光器构成的气体光声检测系统,从实验上测量了球形光声腔的共振模式,与理论计算结果一致;实验结果表明注入浓度为300 ppm二氧化碳的球形光声腔所激发的光声信号为5.68 mV,信噪比高达45,尽可能地降低了声波在光声腔内壁附近的热损耗和粘滞损耗,提高了二氧化碳气体检测灵敏度。 展开更多
关键词 光声光谱 球形光声池 气体检测 激光技术
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光声光谱信号的检测与处理 被引量:7
12
作者 赵俊娟 赵湛 +2 位作者 耿道渠 杜利东 吴少华 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2010年第9期68-70,77,共4页
针对微型光声光谱气体检测实验中背景噪声严重,微音器信号无法被准确提取的问题,借助计算机及其声卡设计了PAS传感器信号检测系统。首先,分析实验中锁相放大技术的基本原理,提出利用虚拟仪器技术实现光声信号检测的方法;通过分析实验中... 针对微型光声光谱气体检测实验中背景噪声严重,微音器信号无法被准确提取的问题,借助计算机及其声卡设计了PAS传感器信号检测系统。首先,分析实验中锁相放大技术的基本原理,提出利用虚拟仪器技术实现光声信号检测的方法;通过分析实验中可虚拟化的仪器原理,最终利用LabVIEW开发出自动检测系统,实现了硬件仪器软件化,有效减少实验中硬件噪声源的存在,采样频率192 kHz,采样位数24 B it,存储深度极大。结果与结论:结果表明它能从5 mV的噪声中提取0.1 mV的光声信号,误差为0.9%,能够很好的应用于光声试验中,满足稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等实验要求。 展开更多
关键词 光声光谱 虚拟仪器 锁相放大 频谱分析
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多组分气体激光光声检测腔的设计
13
作者 赵俊娟 李贤徽 +2 位作者 赵湛 盖晓玲 刘彦琦 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2013年第10期42-43,64,共3页
针对多组分气体的光声检测理论进行了研究,提出多组分气体检测腔的2种不同设计方法,分别是多腔检测法与单腔检测法,总结给出2种结构腔的优势与不足。在所选光源无交叉吸收和调制频率无重合的条件下,采用单腔多频率锁相法进行混合气体光... 针对多组分气体的光声检测理论进行了研究,提出多组分气体检测腔的2种不同设计方法,分别是多腔检测法与单腔检测法,总结给出2种结构腔的优势与不足。在所选光源无交叉吸收和调制频率无重合的条件下,采用单腔多频率锁相法进行混合气体光声试验,结果表明单腔多组分光声检测方法准确可行。 展开更多
关键词 光声光谱 多组分气体检测 亥姆霍兹腔 共振腔
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MEMS结构的带电作业电场测量预警系统 被引量:10
14
作者 顾植彬 杨鹏飞 +1 位作者 彭春荣 夏善红 《传感器与微系统》 CSCD 2017年第4期111-113,120,共4页
基于高性能的微机电系统(MEMS)敏感结构芯片研制了一种新型带电作业电场测量预警系统,通过实时检测电场大小,当超出电场安全阈值发出预警信号,提醒作业人员采取相应的安全措施。基于相敏检测原理,设计了一种可抑制背景噪声的快速模拟解... 基于高性能的微机电系统(MEMS)敏感结构芯片研制了一种新型带电作业电场测量预警系统,通过实时检测电场大小,当超出电场安全阈值发出预警信号,提醒作业人员采取相应的安全措施。基于相敏检测原理,设计了一种可抑制背景噪声的快速模拟解调电路,解决了数字信号处理精度低、响应慢等不足;基于ARM微控制器设计了信号采集和无线发射模块,并通过Lab VIEW虚拟仪器实现上位机显示;采用多探头三维布点方式,有效降低了人体晃动带来的干扰;10 k V输电线路模拟实验和ANSYS仿真表明:实验与仿真结果具有良好的一致性,系统具有较高测量精度,安全距离预警误差小于4.17 cm。 展开更多
关键词 带电作业 安全距离预警 微机电系统 电场敏感芯片 多探头检测
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基于高速解调电路的新型手持式工频电场检测系统
15
作者 唐立军 顾植彬 +1 位作者 彭春荣 李维 《传感器与微系统》 CSCD 2018年第1期114-116,123,共4页
基于高性能的微机电系统(MEMS)电场敏感芯片进行工频电场检测,设计了前置放大电路对芯片输出的微弱信号进行二级放大;基于相敏检测原理,设计了一种可抑制背景干扰噪声的模拟解调电路,提高了系统的响应速度;基于ARM微控制器实现了信号的... 基于高性能的微机电系统(MEMS)电场敏感芯片进行工频电场检测,设计了前置放大电路对芯片输出的微弱信号进行二级放大;基于相敏检测原理,设计了一种可抑制背景干扰噪声的模拟解调电路,提高了系统的响应速度;基于ARM微控制器实现了信号的处理,最终成功研制了一种新型手持式工频电场检测系统。输电线路下电场检测实验表明:系统具有良好的检测性能,检测结果与德国Narda电场测量仪具有较好的一致性。 展开更多
关键词 输电线路 工频电场 微机电系统电场传感器 模拟解调电路
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