新型MEMS电场强度传感器问世设计新颖无干扰
2021-09-14 
本文摘要:电场的精确测量,对于很多应用于都十分最重要,例如天气预报、工业设备的过程控制或者是高压电缆工作人员的安全性问题等。然而从技术角度来说,准确的电场测量并非易事。据麦姆斯咨询报导,一支来自维也纳技术大学(TUWien)的研究团队突破当前其它测量设备所使用的设计原理,研发了一款硅基MEMS电场测量传感器。 通过和克雷姆斯多瑙河大学(DanubeUniversityKrems)构建传感器系统研究院的合作,这款传感器的主要设计优势是它会阻碍正在测量的电场。

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电场的精确测量,对于很多应用于都十分最重要,例如天气预报、工业设备的过程控制或者是高压电缆工作人员的安全性问题等。然而从技术角度来说,准确的电场测量并非易事。据麦姆斯咨询报导,一支来自维也纳技术大学(TUWien)的研究团队突破当前其它测量设备所使用的设计原理,研发了一款硅基MEMS电场测量传感器。

通过和克雷姆斯多瑙河大学(DanubeUniversityKrems)构建传感器系统研究院的合作,这款传感器的主要设计优势是它会阻碍正在测量的电场。该研究成果公开发表于近期出版发行的NatureElectronics杂志。MEMS电场传感器的测量原理“目前用作测量电场强度的设备具备一些明显的缺失,”TUWien传感器和执行器系统研究院的AndreasKainz说明称之为,“这些设备皆包括电荷部件。

在测量时,这些导电金属组件不会明显影响被测电场;如果设备必须短路以获取测量参考值,那么这种影响不会被更进一步缩放。”因此这种电场测量设备往往比较不过于简单,并且运输也较艰难。TUWien研发的这款MEMS传感器使用硅材料生产,并且基于非常简单的原理:一个微型弹簧,以及相同在该弹簧上用作测量微米量级移动的微型网格状硅结构。

当硅结构正处于一个电场中时,在硅晶上不会产生一定的作用力,使弹簧再次发生严重的延伸或传输。a.这款MEMS电场传感器的测量原理:一个质量块(m)覆置放一个弹性元件(刚性k)上,而弹性元件相同于一个导电的相同框架上。

当置放电场(E)中时,静电感应不会在质量块上产生一个作用力(Fes)。质量块在这个作用力持续性产生一定的偏移(δx),再行利用光学原理对偏移展开测量;b.该器件的剖视图,展出了LED升空的光,可以穿越网格状硅结构和孔洞之间的间隙,感应到下方的光电二极管上,质量块的移动转变了不透光区域和孔洞之间的间隙,从而转变了LED升空光需要抵达光电探测器的入光量;c.这款MEMS电场传感器的3D视图;d.这款MEMS电场传感器的扫描电镜图质量块微小的偏移如何测量呢,研究人员设计了一种光学解决方案:在铰链网状硅结构的上方再行设置一层网状结构,上下两层网状结构的孔洞精准的排序,上层的开孔和下层的不透光区域准确对准,也就是说在下层网状硅结构没再次发生偏移时,LED光是无法击穿这两层硅结构的。当传感器置放一个电场中时,下层网状硅结构在静电力起到下再次发生了偏移,使上下两层网状结构之间有了缝隙,LED光之后能从缝隙中穿越抵达下方的光电探测器上。

通过测量入光量,利用适合的校准器件之后能计算出来出有这个电场的强度。原型器件的精确度令人振奋这款MEMS电场传感器无法测量电场的方向,但需要精确测量电场的强度,它可以测量从低频到低约1KHz的电场强度。“利用我们的原型传感器,可以低可信地测量大于200伏特/米的弱电场,”AndreasKainz说道,“这意味著我们的系统早已与现有产品的性能非常,并且,我们的传感器更加小、更加非常简单。

此外,这款MEMS传感器还有相当大的改良空间。其它的测量方法早已是成熟期的方案,我们的这款MEMS电场传感器才刚设计成型。未来,它认同还能改良的更佳。

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