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電場的精確測量,對于很多應(yīng)用都非常重要,例如天氣預(yù)報、工業(yè)設(shè)備的過程控制或者是高壓電纜工作人員的安全問題等。然而從技術(shù)角度來說,精確的電場測量并非易事。據(jù)麥姆斯咨詢報道,一支來自維也納技術(shù)大學(xué)(TU Wien)的研究團隊突破當(dāng)前其它測量設(shè)備所采用的設(shè)計原理,開發(fā)了一款硅基MEMS電場測量傳感器。通過和克雷姆斯多瑙河大學(xué)(Danube University Krems)集成傳感器系統(tǒng)研究院的合作,這款傳感器的主要設(shè)計優(yōu)勢是它不會干擾正在測量的電場。該研究成果發(fā)表于近期出版的Nature Electronics雜志。MEMS電場傳感器的測量原理“目前用于測量電場強度的設(shè)備具有一些顯著的缺陷,” TU Wien傳感器和執(zhí)行器系統(tǒng)研究院的Andreas Kainz解釋稱,“這些設(shè)備均包含帶電部件。在測量時,這些導(dǎo)電金屬組件會顯著影響被測電場;如果設(shè)備需要接地以提供測量參考值,那么這種影響會被進一步放大。”因此這種電場測量設(shè)備往往相對不太實用,并且運輸也較困難。TU Wien開發(fā)的這款MEMS傳感器采用硅材料制造,并且基于非常簡單的原理:一個微型彈簧,以及固定在該彈簧上用于測量微米量級移動的微型網(wǎng)格狀硅結(jié)構(gòu)。當(dāng)硅結(jié)構(gòu)處于一個電場中時,在硅晶上會產(chǎn)生一定的作用力,使彈簧發(fā)生輕微的延展或壓縮。a. 這款MEMS電場傳感器的測量原理:一個質(zhì)量塊(m)懸置于一個彈性元件(剛性k)上,而彈性元件固定于一個導(dǎo)電的固定框架上。當(dāng)置于電場(E)中時,靜電感應(yīng)會在質(zhì)量塊上產(chǎn)生一個作用力(F es)。質(zhì)量塊在這個作用力下會產(chǎn)生一定的位移(δx),再利用光學(xué)原理對位移進行測量;b. 該器件的剖視圖,展示了LED發(fā)射的光,可以穿過網(wǎng)格狀硅結(jié)構(gòu)和孔洞之間的間隙,投射到下方的光電二極管上,質(zhì)量塊的移動改變了不透光區(qū)域和孔洞之間的間隙,從而改變了LED發(fā)射光能夠到達光電探測器的進光量;c. 這款MEMS電場傳感器...
發(fā)布時間:
2018
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01
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29