多驱动电极垂直限幅振动式微型电场传感器

设计了一种具有四个驱动电极和独特支撑结构并基于MEMS技术制作的微型电场传感器。该传感器的四个驱动电极具有完全相同的形状，在使用时可以将其中的两个用作驱动，另外两个作为振动检测电极．监控振动情况。传感器的支撑结构可以限制振动幅度，使传感器在脉冲信号驱动下也能稳定工作。因此该电场传感器除了具备其它微型电场传感器的优点以外．还可以根据应用场合的需要选择不同的驱动模式。从而可以根据具体应用的要求，使用较简单的测试系统减轻重量，或使用较复杂的测试系统提高测试的精度和稳定性。本文介绍了此种传感器的结构，工作原理以及三种不同的驱动模式的实现方法．并讨论了不同模式的应用场合。     

基于锆钛酸铅的低电压驱动MEMS电场传感器研究

该文提出一种基于锆钛酸铅(PZT)的低电压驱动微机电系统(MEMS)电场传感器。该传感器基于电荷感应原理,其敏感单元由固定电极和可动电极构成。固定电极与可动电极均为感应电极,同时两者又是屏蔽电极。在PZT压电材料的驱动下,可动电极产生垂直于敏感芯片基底的振动并且与固定电极形成交互屏蔽,当存在待测电场时,分别在可动电极和固定电极上产生相位差为180°的感应电流信号。该文进行了传感器的设计和有限元仿真,提出敏感微结构的加工工艺流程,突破了基于PZT压电材料的可动电极MEMS工艺兼容制备技术,完成了敏感芯片制备,对传感器进行了性能测试。该传感器具有工作电压低的突出优点。实验测试表明,在0～50 kV/m电场强度范围内,采用1 V交流驱动电压,电场传感器的灵敏度为0.292 mV/(kV/m),线性度为2.89%。     

微型电场传感器在工频电场测量中的应用研究

该文基于高性能的MEMS电场敏感芯片研制出一种新型的工频电场测量系统。针对芯片调制被测电场后其输出信号的特征,采用正交相关检测原理提出一种可抑制背景干扰噪声的工频电场解调算法,设计出小型化、空间分辨力高的工频电场测量探头,并在基础上提出MEMS工频电场测量系统的系统级设计方案,成功实现了MEMS电场敏感芯片输出信号的无线采集、滤波、以及电场信号的高精度解调。高压输电线路下工频电场测量结果表明,MEMS工频电场测量系统与传统电场测量仪的测量结果具有良好的一致性。     

基于Labview的微型电场传感器自动标定系统

针对微型电场传感器输出信号弱(pA量级)、噪声强等特点,设计了一种新型的传感器微弱信号检测与标定测试系统。该系统采用Labview可视化编程语言,实现传感器的采集控制和信号处理,并基于新型的相关检测和噪声抑制技术,可实现信噪比达到-60dB的信号提取,通过加载相关测试模块,可进一步测得传感器的静态及动态指标,并谱出动态响应曲线。     

SOI微型电场传感器的设计与测试

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0～50 kV/m,传感器总不确定度优于2%,分辨率为50 V/m。     

新型光敏聚酰亚胺微型阀

微型阀是微流体测量系统的重要组成部分，本文提出了种微型光敏聚酰亚胺被动阀，分析了该材料性能，叙述了微型阀的特点、结构设计和工艺流程，并讨论了加工过程中的一些关键技术。     

谐振式微型电场传感器芯片级真空封装及测试

为了降低传感器的驱动电压,提高该器件的品质因数和信噪比,该文研究封装材料和工艺对真空封装性能的影响,针对一种微机电系统(MEMS)谐振式微型电场敏感结构芯片,采用独特的共晶键合技术,实现该传感器的芯片级真空封装。实验结果表明,该传感器封装后的品质因数达到了30727.4,是常压封装的500倍;该封装器件具有更低的驱动电压,只需要直流分量100 mV和交流分量60 mVp-p,与常压测试时相比,分别只有原来的1/200和1/16。     

光纤电场传感器的有限元分析

介绍了具有压电聚合物护套的光纤电场传感器的有限元分析 ,这种光纤电场传感器能响应 10 0 Hz至 5 0 MHz的频率。采用有限元分析可以预知低频段 (轴向非约束 ) 0 .0 19rad/(V· m )的相位偏移和在高频段 (轴向约束 ) 8.2× 10 - 4rad/(V· m)的相位偏移。当频率高于 7MHz时 ,光学响应主要是光纤和聚合物护套组合材料的径向谐振。模拟预测的谐振尖峰和合成理论推算出的谐振尖峰具有很好的一致性     

环境振动测量电容式加速度传感器设计

设计了一种用于环境振动测量的高分辨率电容式加速度传感器 ,通过适当减小质量块的质量 ,不改变敏感电容的大小 ,降低了实现加速度传感器闭环控制对多晶硅固定电极刚度的要求 ,采用简单的加工工艺 ,多晶硅固定电极刚度就能满足加速度传感器闭环控制的需要。通过在传感器的三层电极上都刻蚀阻尼孔 ,减小阻尼 ,提高传感器的品质因子 ,传感器能提供 μ犂级的分辨率     

环境振动测量电容式加速度传感器设计

设计了一种用于环境振动测量的高分辨率电容式加速度传感器,通过适当减小质量块的质量,不改变敏感电容的大小,降低了实现加速度传感器闭环控制对多晶硅固定电极刚度的要求,采用简单的加工工艺,多晶硅固定电极刚度就能满足加速度传感器闭环控制的需要.通过在传感器的三层电极上都刻蚀阻尼孔,减小阻尼,提高传感器的品质因子,传感器能提供μɡ级的分辨率.     

Electric field sensors based on MEMS technology

The design and optimizatlon of two types of novel miniature vibrating Electric Field Sensors (EFSs) based on MicroElectroMechanical Systems (MEMS) technology are presented.They have different structures and vibrating modes. The volume is much smaller than other types of charge-induced EFSs such as field-mills. As miniaturizing, the induced signal is reduced enormously and a high sensitive circuit is needed to detect it. Elaborately designed electrodes can increase the amplitude of the output current, making the detecting circuit simplified and improving the signal-to-nolse ratio. Computer simulations for different structural parameters of the EFSs and vibrating methods have been carried out by Finite Element Method (FEM). It is proved that the new structures are realizable and the output signals are detectable.     

基于MEMS技术的微型电场传感器设计与仿真

报道了一种新型的基于MEMS技术的微型电场传感器。该传感器采用半导体微加工工艺制备 ,具有体积小、重量轻、功耗低等优点。阐述了传感器的工作原理 ,描述了设计方案 ,介绍了计算机模拟仿真结果     

High performance electric field micro sensor with combined differential structure

This paper presents a high performance electric field micro sensor with combined differential structure. The sensor consists of two backward laid micro-machined chips, each packaged by polymer and metal. The novel combined differential structure effectively reduces various environmental affections, such as thermal drift, humidity drift and electrostatic charge accumulation. The sensor is tested in near-ground place as well as balloon-borne sounding. In different weather conditions, the measureinent results showed good agreement with those of the commercial electric field mill.     

SOI谐振式微型电场传感器的新型制作工艺研究

This paper presents a new fabrication process for the SOI-based novel miniature electric field sensor. This new process uses polyimide film to release the SiO₂ layer.Compared with the CO₂ critical point release method,it significantly improves the device surface cleanliness and shortens the process flow.The impurity on the base layer is analyzed.The problem of peak and butterfly-type contamination occurring on the base layer of the SOI wafer during the DRIE process is discussed and solved by thickening the photoresist layer and coating with polyimide film twice.This new process could fabricate MEMS sensors and actuators such as SOI-based electric field sensors,gyroscopes,and micro mirrors and can be an alternative fabrication process compared to commercial SOIMUMPS fabrication processes.     

C型MEMS平面微弹簧弹性系数研究

设计了一种新型的C型微机电系统(MEMS)平面微弹簧,用卡氏第二定律和胡克定律推导出这种平面微弹簧在3个方向(即x,y和z方向)上的弹性系数计算公式,用ANSYS进行有限元仿真,结果验证了公式推导的正确性。在公式计算和仿真的基础上,研究了各种结构参数对其弹性系数的影响规律。     

O型MEMS平面微弹簧弹性系数研究

对封闭O型MEMS平面微弹簧建立力学分析模型,用卡氏第二定律和胡克定律推导出这种平面微弹簧弹性系数的计算公式,并用ANSYS进行有限元仿真,仿真结果表明,两者的相对误差低于2％.在计算公式和仿真的基础上,研究了各种结构参数对弹性系数的影响规律,结果表明,弹性系数随节数和弯半径的增大而减小,随梁宽和厚度的增大而增大.研究...     

M-Z型硅基ARROW压力传感器设计

分析了M Z型硅基ARROW压力传感器的结构设计参数 ,并用计算机软件ANSYS对如下参数进行有限元方法 (FEM )研究 ,模拟了硅弹性膜片应力分布 ,确定了弹性膜边缘是传感臂具有高灵敏度的理想位置 ,并据此计算出由光弹性效应引起传感臂相位变化及其与压力的之间线性关系     

耦合系数对激光辐照金属材料温度场的影响

为研究耦合系数随温度变化对短脉冲激光辐照金属材料产生的温度场分布的影响,基于双温耦合理论,建立了短脉冲激光辐照金属材料金加热过程的有限元求解模型.在同时考虑脉冲激光的空间、时间分布和多参数同时随温度变化的情况下,计算得到了短脉冲激光辐照金属材料金激励产生的温度场瞬态分布,比较了耦合系数随温度变化和不随温度变化两种情况下...     

基于有限元的脉冲激光辐照材料温度场研究

在激光超声检测过程中,为了合理加载脉冲激光的能量,以便获得幅值较大的超声波信号,同时避免脉冲激光造成材料的损伤,需要对脉冲激光辐照材料的温升进行数值计算。依据有限元理论,建立脉冲激光辐照材料的有限元模型,结合导热微分方程,将脉冲激光以热流密度的形式加载于材料表面,分析材料表层受激光辐照时的温度场,讨论有限元热分析时网格尺寸的选取对分析结果的影响。给出了材料表层受脉冲激光辐照时温度场的计算方法和网格尺寸的选择依据,并利用温度场的理论解析结果和应力场分析结果分别验证了温度场有限元计算方法的正确性和有效性。