一种压电驱动单屏蔽电极3维电场传感芯片

为降低激励电压和串扰噪声,实现高灵敏3维电场检测,该文提出一种压电驱动单屏蔽电极3维电场传感芯片。其敏感结构由1组可动屏蔽电极和4组固定感应电极构成,固定感应电极两两对称,在压电驱动结构作用下可动屏蔽电极垂直振动,4组感应电极在待测电场作用下产生周期性的感应电流,通过测量4组感应电极的感应电流,并经过差分求和解耦方法可分别获得x,y,z坐标轴方向的电场分量。该文通过有限元仿真设计了3维电场传感芯片结构,分析了其测量的可行性,对关键结构参数进行优化设计,并设计了敏感芯片加工工艺流程。对研制的芯片进行了实验测试,结果表明,单屏蔽电极3维电场传感芯片在0～50 kV/m电场强度范围内,x,y,z 3轴输出灵敏度分别为0.2214 mV/(kV/m), 0.3580 mV/(kV/m), 2.1768 mV/(kV/m),3维电场的最大测量误差小于5.3%。     

基于驻极体的低功耗非接触式电压测量技术北大核心CSCD

针对低功耗、高性能非接触式电压测量的需求,提出一种基于驻极体电容结构的非接触式电压测量技术。驻极体电容结构由正面蒸发有金属导电薄膜的驻极体薄膜、绝缘衬圈和金属电极构成,通过理论分析和有限元仿真,得到传感器的输出响应关系,并通过搭建实验测试平台对传感器进行性能测试。测试结果表明,传感器输出响应特性与理论分析吻合,并具有较好的线性度和重复性,在施加600、800、1 000 Hz被测电压条件下,传感器的线性度分别达到6.1%、3.5%、2.7%,重复性分别达到9.67%、 5.93%、5.46%。     

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%。