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。     

空中三维电场探测系统

目前存在的空中电场探测方法,主要实现空中矢量电场的一个或两个分量的探测。介绍了一种新型的空中三维电场探测系统,系统由传感器、发射机、接收机以及地面信号处理单元组成,传感器采用新型的三维电场传感器,其探测到的三维电场信号是由发射机发射,接收机接收到信号后,送到信号处理部分进行分解,识别出的电场三维信号矢量。该系统进行了外场探空试验,成功地获得了可靠的空中三维电场探测数据,完成了从地面至15km高空之间的电场的三维探测。     

空中三维电场传感器及其标定方法研究

空中电场是以三维矢量形式存在的,以往用于空中电场探测的电场传感器主要实现矢量电场的一个或两个分量的探测。介绍了一种新型的空中三维电场传感器,可实现空中矢量电场的三维检测,并对该三维电场传感器的标定方法进行了仿真分析,设计出该传感器的专用标定装置。测试数据表明该传感器的输出与外部电场呈良好的线性关系,与理论分析一致,证明了该电场传感器结构设计和标定方法的合理性。     

空中三维电场传感器及其标定方法研究

空中电场是以三维矢量形式存在的,以往用于空中电场探测的电场传感器主要实现矢量电场的一个或两个分量的探测.介绍了一种新型的空中三维电场传感器,可实现空中矢量电场的三维检测,并对该三维电场传感器的标定方法进行了仿真分析,设计出该传感器的专用标定装置.测试数据表明该传感器的输出与外部电场呈良好的线性关系,与理论分析一致,证明了该电场传感器结构设计和标定方法的合理性.     

空中三维电场传感器及其标定方法研究

空中电场是以三维矢量形式存在的，以往用于空中电场探测的电场传感器主要实现矢量电场的一个或两个分量的探测。介绍了一种新型的空中三维电场传感器，可实现空中矢量电场的三维检测，并对该三维电场传感器的标定方法进行了仿真分析，设计出该传感器的专用标定装置。测试数据表明该传感器的输出与外部电场呈良好的线性关系，与理论分析一致，证明了该电场传感器结构设计和标定方法的合理性。     

新型三维电场传感器原理及试验结果

目前电场传感器只能探测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及地面电场强度大小。本文介绍一种新型三维电场传感器,由轴向、径向电场测量单元、驱动单元、电路单元、保温单元组成,用于探测空中及地面环境电场强度的三维方向矢量,克服了目前电场传感器探测电场强度时局限在一维或二维方向矢量的缺陷。在高空低温环境模拟试验中,当环境温度降到-50℃以下时,该传感器的保温单元使传感器内部温度一直处于零上,符合了电路板工作温度范围。在实际电场测试试验中,该传感器的电场测量单元验证了输出信号与电场之间的线性关系,与理论分析相符,证明了三维电场传感器的合理性。     

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。     

用于测量工频强电场的集成光学电场传感器

针对工频强电场测量的特点,研究了用于测量高压工频电场的集成光学电场传感器。分析了集成光学电场传感器的工作原理,以及电场传感系统的输入输出性能。设计并实现了工频电场的测量校准装置,对从100V/m到2500V/m的工频电场进行了测量。测量结果表明,这种集成光学电场传感器适合于高压工频电场的测量。     

一种基于MEMS芯片的新型地面大气电场传感器

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 mm5.5 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 kV/m~50 kV/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。     

地面与空中大气电场的对应关系研究

为了研究地面与空中大气电场的对应关系,以单极性电荷分布的云体为代表,分别基于云电荷镜像模型和旋转对称体有限差分模型,对荷电云层下方的电场进行了计算和分析,讨论了云体高度、尺度和观测点高度与观测点处电场的关系,模拟了云体下方的空间电场分布。同时对地面大气电场和空中大气电场同步进行了测试研究,对比分析表明:测试结果与计算结果总体上较为吻合,地面电场只能大致地反映出空中电场的总体变化趋势,并不能从中得出空中电场及其波动变化的量值。     

一种新型MOSFET静电场传感器

本文提出了一种非常有发展前途的低温漂固态电场传感器。此传感器是一种恒压惠斯顿电桥,它的电阻是由四个直接栅极SOI MOSFET器件。理论上证明这种传感器的输出信号电压与测量电场成正比,温度漂移等于零。实验结果表明,在300K温度下,传感器的分辨率为3.27 mV/KV/m,大气环境下的温度漂移相当于47V/m的电场,其远小于大气温度下相当于10,000V/m的电流漂移。     

A novel SOI MOSFET electrostatic field sensor

A novel low temperature solid state electric field sensor is demonstrated as a promising sensor. The sensor is a type of constant voltage Wheatstone bridge whose resistors are four direct gate SOI MOSFET devices. It is demonstrated in theory that the output voltage signal is proportional to the electric field E, the temperature drift is about zero when the temperature is in the range from 200 to 400 K, and the doping concentration is in the range from 1×1014 to 1 × 1016 cm-3. The experiment results indicate that the resolution of the sensor is about 3.27 mV for a 1000 V/m electric field at 300 K, and the voltage drift by an amount is about 47 V/m field signal when the degree temperature is in the range from 300 to 370 K, which is much smaller than the current drift of a single MOSFET which is about 10000 V/m field signal.     

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.     

大带宽集成光学电场传感器的频率响应特性分析

采用马赫-曾德尔光波导干涉仪与锥形天线阵列,研制了基于铌酸锂（LiNbO3）结构、可用于电力电场测量的大带宽电场传感器,并通过实验对传感器性能进行了测试。结果表明,该传感器在10kHz～18GHz的大带宽范围内,频响特性波动小于±10dB,最小可测电场强度达到0.4V/m,可测量场强达103V/m的纳秒脉冲电场。     

应用于EMC测量的集成光学电场传感器性能分析

依据集成光学电场传感器的工作原理,研制了可用于电磁兼容性测量的分段电极结构与锥形天线结构的电场传感器.测试结果表明:分段电极传感器频响范围为10 MHz～6 GHz,最小可测电场强度达到30 mV/m,在频率为200 MHz时,线性动态范围可达90 dB;锥形天线传感器频响范围为10 kHz～10 GHz,最小可测电场强度达到20 mV/m,在频率为1 GHz时,线性动态范围可达100 dB.     

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。     

Measurements of charge carrier mobilities and drift velocity saturation in bulk silicon of 〈1 1 1〉 and 〈1 0 0〉 crystal orientation at high electric fields

The mobility of electrons and holes in silicon depends on many parameters. Two of them are the electric field and the temperature. It has been observed previously that the mobility in the transition region between ohmic transport and saturation velocities is a function of the orientation of the crystal lattice.This paper presents a new set of parameters for the mobility as function of temperature and electric field for 〈1 1 1〉 and 〈1 0 0〉 crystal orientation. These parameters are derived from time of flight measurements of drifting charge carriers in planar p⁺nn⁺ diodes in the temperature range between −30 °C and 50 °C and electric fields of 2 × 10³ V/cm to 2 × 10⁴ V/cm.