新型电场传感器应用于输电线电场测量

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0~1000kV/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20V/m.仿真与测试结果表明:35kV与10kV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.     

基于光弹效应的三分量光弹光纤地震加速度传感器

为满足强电磁场环境下的高精度三维地震勘探的需求,研制了一种高精度三分量光弹光纤加速度地震传感器,该传感器具有线性度好、抗横向谐振的特点.利用光弹原理,设计出三轴光弹敏感系统,可高精度检测加速度的三个轴向分量.采用双弹簧弹性系统,有效地提高了加速度传感器的抗横向谐振特性,且线性度好.该传感器的主要参数:共振频率为3 500Hz,横向灵敏度系数为0.11%,主轴相位灵敏度为3.7×10-3 rad/m·s-2.     

一种推挽驱动的微型磁传感器设计

利用MEMS工艺,设计并制作了一种梳齿推挽驱动的微型磁场传感器.在器件工作时,磁传感器的谐振振子工作在收缩或扩张的模态,进而引起谐振振子上的双层铝线圈包围面积发生变化,即回路线圈中的磁通量发生变化.根据电磁感应原理,将会在线圈的两端产生正比于磁场强度的感应电压.推挽驱动结构设计增加了谐振器驱动力,提高了磁传感器的灵敏度.实验结果表明:磁传感器在大气环境下的灵敏度为0.846 99 mV/T,非线性度为-0.265％.由于传感器采用差分检测电路,减小了磁传感器的零偏电压,零偏输出电压仅为0.0019 mV.     

一种新型微机械谐振式压力传感器研究

提出了一种微机械谐振式压力传感器的新结构.该传感器采用了电磁激励和差分检测方式.谐振器的制作采用了30μm厚扩散硅的(100)硅片.从而实现了谐振器与压力膜的一体化,避免了谐振梁与压力膜键合引入的应力,并且工艺简单易于实现.文中介绍了结构的有限元仿真(FEA-ANSYS Simulation)优化,工艺制作流程,及实验测试.在低真空下测试其品质因数(Q)高于10 000,测量范围为0～100 kPa,非线性度为0.62%,分辨率为1/10 000,灵敏度为200 Hz/kPa.     

基于旋转谐振结构的单芯片二维电场传感器

提出并研制了一种二维电场检测传感芯片,将四个电场测量微型单元和旋转式驱动微结构集成在3. 5 mm ×3. 5 mm的敏感结构上,实现了单芯片的电场二维测量.介绍了传感器的工作原理、敏感结构的设计,以及基于绝缘体上硅( SOI)工艺的单芯片微型二维电场传感器制备工艺技术.成功研制出传感器原理样机,研究了微型二维电场传感器的标定方法,开发了用于电场二维标定的测试装置,并在室温常压下对传感器进行了二维标定.实验结果表明:该传感器能够有效减小电场的轴间耦合干扰,测量误差优于7. 04%,线性度可达到1. 25%.     

微型热式流速传感器及其在微型飞行器翼表流场测量中的应用

阐述了微型热式流速传感器测速的基本原理,并结合微型飞行器(MAVs)的特征,介绍了微型热式流速传感器在微型飞行器翼表流场测量中的应用,以及整个测量系统的组成.传感器敏感元件选用薄膜铂热敏电阻,采用恒压式工作方式,通过风洞试验,对传感器进行了测试,并运用最小二乘法进行模型辨识.实验结果表明,所采用的流速传感器测量范围为0 m/s～12 m/s,测量精度为4%,基本满足微型飞行器翼表流场测量的使用要求.     

一种可用于风速测量的CMOS光点位置检测传感器的设计

介绍了一种可用于风速风向测量的光点位置检测传感器的结构、特点、工作原理,给出了传感器的理论模型,分析了传感器测量分辨率和灵敏度.该传感器在用于大风速测量有较高的测试灵敏度.在0～20 m/s测试量程内,测得风向的灵敏度为7 mV/度,风速的灵敏度为2.5 mv//μm..该传感器结构简单,工艺制作方便,能与CMOS工艺兼容,无温度漂移.     

基于锁相环接口电路的高性能扭转谐振模态微悬臂梁传感器研究

扭转谐振模态微悬臂梁低能耗、高品质因数的特性,使它比传统的弯曲模态悬臂梁拥有更高的灵敏度和分辨率.将微传感器加工技术和生物检测技术相结合,利用扭转谐振模态微悬臂梁传感器对生物素和亲和素的特异性反应进行检测,结果传感器的灵敏度为0.9 pg/Hz,分辨可达到49 fg.本文还着重介绍了为谐振梁传感器设计的以锁相环(Phase-Locked Loop简称PLL)为核心的闭环接口电路,分析了悬臂梁和电路在闭环系统中的工作特性,并探讨了解决谐振式传感器在使用中常见的稳定性差、噪声干扰强等问题的方法.     

三维电场传感器仿真优化及性能测试

采用有限元方法对一种新型三维电场传感器的敏感结构进行仿真分析,优化结构设计参数,提高传感器的测量灵敏度;对采用优化参数制备的电场传感器进行了性能测试,结果表明,该传感器的输出与模拟仿真结果具有良好的一致性,并且与外部电场呈良好的线性关系,传感器的测量灵敏度可达到50V/m。     

电容式交变电场传感器与工频电场检测试验研究

介绍了交变电场传感器的设计方法,并进行了原理分析和理论推导,在此基础上进行了电场测量装置的制作,使用该装置在500 kV输电线下、变电站内的220 kV开关间隔与标准仪器进行了对比测量,结果证明使用该传感器的电场测量装置在1 kV/m以上场强范围内具有较好的线性度,测量数值与PMM8053仪器相比较具有较大的相关度,并具有较好抗干扰能力和稳定性,适合于电力系统工频电场长时间监测。