一种电极型MEMS电场传感器封装结构

为了提高MEMS电场传感器敏感芯片封装的环境适应性,该文提出一种新型的电极型MEMS电场传感器封装结构。区别于将传感器敏感芯片及探头放置于被测环境中,该文通过在MEMS电场传感器封装管壳外部增加封装电极,仅将封装电极暴露在被测环境中,有效避免了传感器敏感芯片封装管壳受到多种恶劣环境的干扰。研制出基于新型封装结构的MEMS地面电场传感器及探空电场传感器,仿真及试验结果表明,该结构传感器能够实现对电场高精度准确测量,在高湿、低温等恶劣环境下输出稳定可靠。     

低轴间耦合的MEMS三维电场传感器

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 kV/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%。     

基于无人机平台的空中大气电场探测方法研究

针对空中大气电场监测需求,研究了基于多旋翼无人机平台和MEMS电场传感器的空中大气电场探测方法。介绍了无人机空中大气电场探测原理,建立了邻近雷击电场模拟装置(场模拟器)模型,仿真分析了无人机在雷暴强静电场环境下的适应性及无人机对周边区域电场的影响,确定无人机轴心正下方约90 mm处为MEMS传感器的最佳挂载位置。邻近雷击模拟环境下静电场和脉冲电场的测试结果表明:无人机空中大气电场探测系统能够在模拟静电场环境下准确探测到静电场随高度的变化,且能探测到避雷针接闪过程中的持续放电现象,证明了无人机平台空中大气电场探测方法有效,可用于空中大气电场的精确探测及雷电邻近预警。     

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%。     

基于L波段气象雷达的空中三维电场探测系统

以往采用的大气电场探测方法需搭建独立的电场探测系统,并且主要实现空中矢量电场的一个或两个分量的探测。该文介绍了一种新型空中电场探测系统,基于气象部门现有L波段气象雷达探测系统,采用新型3维电场传感器,构建了新型空中电场探测平台,实现了空中3维电场、温度、湿度、气压等气象信息的同步实时探测。系统中电场传感器采用了独特的结构设计和信号处理电路,在30 kV/m的电场测量范围内,分辨力可达20 V/m,线性度优于1%,可以连续探测地面至15000 m高空的3维电场强度,为飞行器升空提供安全保障。     

集成光波导强电场传感器天线电极仿真分析

提出一种用于强电场测量的集成光波导电场传感器天线电极设计方案。给出了传感器等效电路,计算分析了天线、电极的各个参数对传感器半波电场的影响。结果表明:当传感器电极长度、天线长度由4mm减少到0.5mm时,传感器半波电场由230kV/m分别增加到2 400kV/m和1 100kV/m,提高了943.5%和378.3%;当电极间距、电极宽度由20μm增加到200μm时,传感器半波电场由400kV/m分别增加为2 300kV/m和730kV/m,提高了475.0%和82.5%;当天线底部宽度由50μm增加到600μm时,传感器半波电场由460kV/m减小到242kV/m,减小了47.4%。因此,合理设计传感器电极、天线尺寸可使其半波电场达到几百kV/m至几千kV/m,使它能够应用于强电场测量领域。     

新型旋片式空中电场传感器及应用

该文介绍一种新型的空中电场传感器,它利用导体在电场中感应电荷的原理,通过感生电荷的 变化检测电场强度。传感器采用了新型的双定子结构以及独特的电路设计,有效地屏蔽了空中积累电荷以及 空间离子流对测量的影响。本器件用以检测100V/m-50000V/m的高空电场,误差小于5％。此传感器 已进行地面至15km空中电场探测试验,得到满意的空中电场测试数据。     

小型三维电场传感器设计与测试

目前电场传感器只能探测大气电场强度矢量一维或者二维方向分量,尚无法精确地反映空中电场强度大小。该文介绍一种结构新颖的小型三维空中电场传感器,由轴向(Z)和径向(X, Y)三路电场测量单元和驱动单元以及电路单元组成,用于探测电场强度的三维方向矢量。在地面实际测试中,传感器输出信号与电场强度的理论关系得到了验证,证明了三维电场传感器结构设计和检测方法的合理性。     

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。     

运用量子遗传算法反演雷暴云电荷结构的研究

本文采用量子遗传算法结合三圆盘模型对雷暴云电荷结构进行反演。结果表明：利用量子遗传算法可以很好地对雷暴云电荷结构以及大气电场仪和雷暴云的距离进行反演,在对电荷的反演中发现电荷结构的准确性在大气电场仪距离雷暴云5000-6000m时达到峰值,这种方法实施仅利用地面大气电场资料进行反演,相比于飞机穿云探测简单方便,利用量子遗传算法根据大气电场仪资料就可以对雷暴云电荷结构和距离进行比较准确的反演。     

A capacitive fingerprint sensor chip using low-temperature poly-Si TFTs on a glass substrate and a novel and unique sensing method

We have developed a capacitive fingerprint sensor chip using low-temperature poly-Si thin film transistors (TFTs). We have obtained good fingerprint images which have sufficient contrast for fingerprint certification. The sensor chip comprises sensor circuits, drive circuits, and a signal processing circuit. The new sensor cell employs only one transistor and one sensor plate within one cell. There is no leakage current to other cells by using a new and unique sensing method. The output of this sensor chip is an analog wave and the designed maximum output level is almost equal to the TFT's threshold voltage, which is 2-3 V for low-temperature poly-Si TFTs. We used a glass substrate and only two metal layers to lower the cost. The size of the trial chip is 30 mm/spl times/20 mm/spl times/1.2 mm and the sensor area is 19.2 mm/spl times/15 mm. The size of the prototype cell is now 60 /spl mu/m/spl times/60 /spl mu/m at 423 dpi, but it will be easy to increase the resolution up to more than 500 dpi. The drive frequency is now 500 kHz and the power consumption is 1.2 mW with a 5-V supply voltage. This new fingerprint sensor is most suitable for mobile use because the sensor chip is low cost and in a thin package with low power consumption.     

铌酸锂晶体结构对电场传感器灵敏度影响分析

铌酸锂晶体光学电场传感器为全介质结构,具有宽带宽、对被测电场干扰小的优点,但其灵敏度较低。因此,分析了晶体几何尺寸对传感器灵敏度的影响机理,得出通过增加沿外加电场方向的晶体尺寸同时减少晶体横截面上沿外加电场垂直方向的晶体尺寸来提高传感器的灵敏度。使用COMSOL仿真分析了铌酸锂晶体不同厚度、宽度、长度对晶体内部电场强度的影响,得出晶体厚度从15 mm减小到3 mm和宽度从3 mm增加到22 mm时,晶体内部电场强度分别提高约5.1倍和12.3倍;晶体长度从15 mm变化到55 mm时,晶体内部的电场强度变化仅约为5%。设计并研制出晶体尺寸分别为3 mm×3 mm×42.2 mm (x×y×z),3 mm×6 mm×42.2 mm (x×y×z),6 mm×6 mm×42.2 mm(x×y×z)的三只铌酸锂晶体电场传感器,并搭建工频电场测试平台,测试得出三只电场传感器的灵敏度分别为0.243 mV/(kV·m^-1)、0.758 mV/(kV·m^-1)、0.150 mV/(kV·m^-1)。当晶体厚度和长度一定且晶体宽度从3 ...     

A passive UHF RFID tag chip with a dual-resolution temperature sensor in a 0.18μm standard CMOS process

This paper presents a passive EPC Gen-2 UHF RFID tag chip with a dual-resolution temperature sensor. The chip tag integrates a temperature sensor,an RF/analog front-end circuit,an NVM memory and a digital baseband in a standard CMOS process.The sensor with a low power sigma-delta(ΣΔ) ADC is designed to operate in low and high resolution modes.It can not only achieve the target accuracy but also reduce the power consumption and the sensing time.A CMOS-only RF rectifier and a single-poly non-volatile memory(NVM) are designed to realize a low cost tag chip.The 192-bit-N VM tag chip with an area of 1 mm~2 is implemented in a 0.18-μm standard CMOS process.The sensitivity of the tag is -10.7 dBm/-8.4 dBm when the sensor is disabled/enabled.It achieves a maximum reading/sensing distance of 4 m/3.1 m at 2 W EIRP.The inaccuracy of the sensor is -0.6℃/0.5℃(-1.0℃/1.2℃) in the operating range from 5 to 15℃in high resolution mode(-30 to 50℃in low resolution mode).The resolution of the sensor achieves 0.02℃(0.18℃) in high(low) resolution mode.     

Visible Human Utilization to Render Induced Electric Field and Current Density Images Inside the Human

The external and internal exposure to power frequency electromagnetic field, generated by high-voltage power transmission lines, raises serious safety concerns. Since we cannot measure the induced electric fields and current densities inside the human body, we used the Visible Human (VH) to investigate the induced electric fields and currents in human body tissues and organs of a worker standing 2 m away from conductor phase C of a double-circuit 132 kV transmission line. The double circuit 132 kV 60 Hz transmission line has a power rating of 293 MVA and a maximum recorded peak load current of 603 A. Charge simulation method and the Biot–Savart law have been used for computation of external electric and magnetic fields. Finite-difference time-domain technique was used to calculate the organs' internal induced electric field and circulating current densities in more than 40 different tissues of the VH with 3 mm voxel size. The simulation indicates that, at 2 m away from a 132 kV transmission line, the computed external electric field is 6.485 kV/m and the external magnetic field is 66.4 $mu$T, which are below the limits set by the IEEE standards for external exposure for live-line workers. The maximum induced electric fields in the brain and heart are 23 and 14 mV/m, respectively. These values are below the IEEE standard recommended limits of 53 mV/m for the brain and 943 mV/m for the heart. The VH data allowed us to obtain two- and three-dimensional images of the induced electric field and current density distribution in different organs, tissues, and cross-sections of the human body.      

高精度高灵敏人机交互手势控制算法与SOC芯片

阐述了一种应用于人机交互领域的手势控制算法和片上系统(SOC)芯片设计.手势控制系统基于单摄像头与主动式红外补光方法,通过目标区域提取和特定姿势识别等核心算法,实现了对各类人机交互手势的高效识别.采用目标区域提取算法与主动式红外投影,通过伽马变换、干扰去除等操作实现输入图像的预处理,从而确定手掌所在位置.为了高效判别手势,该手势识别算法采用自适应的采样线方案,根据手掌与传感器之间的距离,自动确定采样线的位置、距离、数目等信息.该SOC芯片全集成所有功能模块,通过55 nm低功率(LP)工艺流片,芯片面积为4 148 μm×5 148μm,总体功耗88 mW,可以实现视场范围大于600 mm×600 mm×600 mm、判别精度不大于1 mm、分辨率不大于1 mm/像素,适用于人机交互手势控制应用.     

A high fill factor and progressive scan PtSi Schottky-barrier IR-CCD image sensor using new wiring technology

A back surface illuminated 130/spl times/130 pixel PtSi Schottky-barrier (SB) IR-CCD image sensor has been developed by using new wiring technology, referred to as CLOSE Wiring, CLOSE Wiring, designed to effectively utilize the space over the SB photodiodes, brings about flexibility in clock line designing, high fill factor, and large charge handling capability in a vertical CCD (VCCD). This image sensor uses a progressive scanned interline-scheme, and has a 64.4% fill factor in a 30 /spl mu/m/spl times/30 /spl mu/m pixel, a 3.9 mm/spl times/3.9 mm image area, and a 5.5 mm/spl times/5.5 mm chip size. The charge handling capability for the 3.3 /spl mu/m wide VCCD achieves 9.8/spl times/10/sup 5/ electrons, The noise equivalent temperature difference obtained was 0.099 K for operation at 120 frames/sec with a 50 mm f/1.3 lens.<>     

运用通信网络的电力计费与通报系统设计

结合单片机、电子电路、有线电话网络、GSM网络等技术构建一用电资料自动回报平台,来提供用户用电资料的实时回报,以达到资料实时传输的目的,改善传统收费方式的缺点。在此平台中,利用单片机的定时器设定一固定计时周期,并配合光屏蔽器、OP放大器组成中断计数电路,将所计数中断的值存入单片机的缓存器中,等待计时周期时间终了时,再通过有线电话网络或GSM系统将存放在单片机缓存器所计数的值,传送到监控中心,如此电力公司便可轻松掌握用户用电信息。     

巨磁阻生物传感器阵列及专用锁相放大器设计

EW_GⅠ是基于GMR(巨磁阻)传感器,用于检测血样中特种病毒的正在研发的生物芯片系统。叙述了其巨磁阻传感器阵列以及后端锁相放大IC电路的设计及实现。该阵列包含32个GMR传感器单元和2个传感器参考单元,形成多路的半桥式惠斯通电桥,用于感应绑定磁球的附加磁场。每个单元(100μm×100μm)由长1mm、宽7μm的巨磁电阻蜿蜒而成,该电阻采用[Ag(2nm)/NiFe(6nm)/Cu(2.2nm)/CoFe(4nm)]20结构,采用Ag作为镜面层,其饱和磁场小于等于30mT,GMR值约6%,单个传感器电阻约为780Ω。配套的锁相放大芯片包括了信号通道、参考通道、前置低噪声放大器、带通滤波器、可控增益放大器、相敏检测电路、正交移相电路、差分直流放大电路八个部分,整个设计功耗小于50mW@Vcc=3V。