电场传感器

摘要： 光纤电场传感器具有很大的应用潜力,但是其温度稳定性难以解决。论文针对光纤电场传感器存在温度稳定难以解决的技术瓶颈,提出一种通过调节传感器结构参数便可以消除温度敏感性的三光束干涉(TBI)电场传感器。论文从微纳光纤之间的耦合方程出发,详细论述了温度对TBI电场传感器的影响机制,讨论了TBI电场传感器的结构参数对传感器温度稳定性的影响规律,给出了具有良好温度稳定性的传感器最优结构设计方法。理论上,该电场传感器的温度稳定性可降低至在0 pm/°C。温度实验测试结果表明,通过微调工艺可以将传感器的温度稳定性控制在2.6 pm/°C左右。论文研究工作对提升全光纤电场传感器的技术水平,推广其在工程中的实际应用具有重要意义。

摘要： 本发明公开了一种基于压电效应的声表面波电场传感器件,包括压电材料,压电材料一端的激振区设置激振电极,另一端的拾振区设置拾振电极,压电材料的激振区和拾振区之间的区域为传播区;激振电极的正极接激励源且其负极接地;拾振电极的正极与信号处理电路连接且其负极接地。激振电极和拾振电极均由两组叉指电极构成,当将传感器置于被测量电场中时,压电材料发生形变,导致声表面波的传播速度或频率发生变化,导致拾振电极接收到的信号发生变化,信号处理电路对该信号进行处理,即可实现对电场的测量。本发明的器件有宽电场测量范围和高灵敏度,制备简单,适用于电网及设备内部电场测量。

摘要： 传感器测试技术对于MEMS电场传感器的研制、试产与测量应用非常重要。文中在MEMS电场传感器研发基础上分析了晶圆级测试、器件级测试、测量标定等技术及发展现状,首先介绍MEMS电场传感器原理、结构设计和传感器件的制备工艺等特点。然后重点阐述现阶段研制MEMS电场传感器的晶圆级测试内容与测试方法、器件级测试内容和测量标定系统。最后分析了国内外MEMS电场传感器测试技术的局限性和发展趋势。在此基础上指出随着国内MEMS电场传感器深入应用,MEMS传感器件测试技术将会迎来快速发展期。

摘要： 电场测量在地球物理勘探、电气工程、气象学和航空航天等诸多领域都具有重要的应用。本文综述了几类传统和新型电场传感器的测量原理和结构,指出了目前电场传感器存在的问题和今后的发展趋势。

摘要： 为提高传感器的灵敏度和分辨力,设计了一种灵敏度可调节的基于模态局域化效应的谐振式MEMS电场传感器敏感结构.传感器敏感结构采用静电耦合的三自由度谐振器微结构方案,并可实现灵敏度调节,从而获得最佳灵敏度.通过理论计算和有限元仿真计算,分析了传感器的模态局域化敏感机理,确定了传感器幅频特性、灵敏度、分辨力等关键特性.计算结果表明满足设计目标.

摘要： 在电场中工作的阵列电场传感器之间会产生相互干扰,从而影响电场测量精度.传统的解决方法是增大传感器间距,但该方法不适用于有限的空间.针对该问题,文中提出了一种带屏蔽环的电场传感器.通过屏蔽环可以减少传感器间的相互干扰,从而提高传感器的一致性.首先,通过在均匀电场下对两个带屏蔽环的传感器进行仿真得到其上极板平均场强的差值;然后将传感器换为等面积不带屏蔽环的传感器进行取差.仿真结果表明,带屏蔽环的传感器一致性高于不带屏蔽环的传感器.通过改变屏蔽环的宽度,从1～6 mm仿真得到使传感器一致性最高的屏蔽环宽度为5 mm.按照仿真结果,利用PCB工艺制作传感器,并设计调理电路.最终将传感器进行标定,得到较高的灵敏度43.215 mV/kV·m-1以及拟合度0.9991.

摘要： 研究表明经常处于同一姿势或者久坐都会对人体的健康造成危害,因此进行相应的坐姿监测并适时给出运动提醒是有必要的.将单只电场传感器安装在办公座椅靠背上,通过测量人体与传感器之间的相对运动,实现人体坐姿监测.人体背部与电场传感器之间的距离发生变化时,两者之间的耦合电容相应发生改变,导致电场传感器输出的电压信号幅值与形状发生变化,对信号特征进行分析即可得到人体坐姿和微动信息.信号经嵌入式系统处理后,坐姿类别以及相应时长可以传输到手机上进行实时显示.实验结果表明,从电场传感器的输出信号中,可准确分辨出座椅上人体的四种状态.

摘要： 为提高对闪电辐射电场瞬态高频分量的探测能力,抑制环境工频噪声影响,本文设计了一种基于高阶滤波的闪电电场测量系统,对于高频通带内信号,其灵敏度为12.11 V/(m/V),最小可以识别0.1 V/m的脉冲电场信号,对工频噪声的抑制可达41 dB.另一方面,为克服高阶滤波作用带来的测量电场低频失真问题,提出了一种直接根据传感器电路参数构造系统函数的波形校正方法,对失真的低频信号进行补偿.通过模拟数值和实测数据的验证分析可知,利用提出的高阶快天线测量系统以及重构方法,既可以观测得到微弱的闪电电场变化事件,又能够在一定程度上补偿波形的低频失真成分,可应用于多站闪电定位以及雷电放电参数的反演估计.

摘要： 静电场测量是检测物体是否携带过量静电最直接的手段,对于静电防护具有重要意义.传统的静电仪主要依赖固定距离测量,在被测物难以维持静止或不容易靠近时,距离改变引起灵敏度变化,造成测量误差.该文基于微机电系统电场传感器,提出一种可根据测试距离自适应调整灵敏度的静电测量思路:通过超声波模块测量被测物的距离,然后通过单片机查找对应的灵敏度系数,结合电场测试结果计算被测电压.针对研制的静电仪,该文提出基于实验室标定及现场标定相结合的校准方法,搭建了动态灵敏度标定系统,计算出不同测试距离、不同被测物尺寸的传感器灵敏度系数对应关系.与定距测量的传统静电仪相比,该文通过灵敏度动态标定,实现了更精确的非接触表面静电压测量;采用微机电系统电场敏感元件,具有体积小、功耗低、易集成、可批量化制备等优点,封装后无裸露可动部件,可靠性高.经第三方计量检测,在不同测试距离下的平均误差为–2.98％.

摘要： 针对现有测量手段对时域脉冲电场测量的不足,利用铌酸锂晶体的电光效应,设计了一种集成了光波导与锥形天线的新型电场传感器.采用退火质子交换技术与溅射法制备的集成光波导电场传感器体积为仅为70 mm×15 mm×15 mm.对该传感器的频响特性与时域动态范围进行测试,实验结果表明:传感器带宽为100 kHz至10 GHz,可测量电场范围为6.67 kV/m～133.33 kV/m,线性拟合相关系数为0.98535.与直接感应式电场传感器与电光直调电场传感器相比,集成光波导电场传感器体积更小,无需供电,无金属干扰,带宽宽,更适用于瞬态电场的测量.

摘要： 针对电场传感器高效低成本的校准需求,本文提出了采用传递探头在混响室中进行电场传感器校准的思路,介绍了基于混响室的电场传感器校准传递方法,使用混响室可以拓展到更高电场强度下电场传感器的校准.混响室中电场传感器的校准结果与微波场强标准中的测量结果进行了比较,结果显示,混响室中可以进行电场传感器的校准.

摘要： 随着MEMS电场传感器的技术的逐步成熟,使得MEMS电场传感器在静电探测领域的实际应用成为现实.行业内,对于静电传感器的微型化以及探测准确性具有迫切的需求,成为近年来MEMS电场传感器研究工作关注的重要方向之一.本文基于微机电系统(MEMS)技术,介绍了5种静电探测产品,主要包括:MEMS手持静电仪、在线MEMS静电传感器、MEMS静电安全检测释放球、MEMS管道油品电荷密度测试仪、MEMS油面电位传感器.该系列化的产品均采用非接触式测量方法,与目前应用的传统产品相比较,具有尺寸小、空间分辨率高、功耗低、易集成等突出优势.

摘要： 新型电场传感器的设计和应用,基于预测故障与健康管理(PHM)的理念,实现对地铁列车各重要系统的故障早期诊断和评估.所使用的新型电场传感器不同于传统的电磁场传感器,相对比较新型电场传感器使用简单、安装方便、安全而稳定和低成本.新型电场传感器可广泛应用在各种电气、机械等领域,创造性研发和应用在地铁列车逆变器、交流电机等单元的在线检测和诊断.并比较科学的、合理的建立新型的车辆维护模式,将有助于直接提高地铁列车的安全性和经济性.

摘要： 本文基于D-dot的电磁脉冲电场传感器探头进行优化设计,对四种不同的探头形状建模仿真,进行频域对比分析.采用RS105系统对偶极子电场传感器进行测试,通过实验验证,该优化方案可满足超宽频脉冲电场的测试需求,同时有利于天线的加工制造和安装,降低成本,增强实际应用中的稳固性,提高传感器的应用范围.

摘要： 为解决传统非接触式静电仪工作时振动或旋转部件裸露在外、无法在静电高危区域使用、无法测量运动人体带电情况等问题,本论文研制出基于MEMS电场传感器的非接触式静电测量装置.该装置基于封装后的电场传感器芯片,具有无裸露可动部件、安全性高、环境适应性强等突出优点,满足粉尘浓度高、易燃油气浓度高等恶劣环境下的使用需求.试验结果表明,该装置测量范围为-30kV～30kV,分辨力优于50V,总不确定度优于3％.

摘要： 针对油品罐区小区域空间雷电预警问题,本文首先介绍了雷电预警原理及传统场磨式大气电场仪应用的局限性,提出了基于先进MEMS技术的新型雷电预警装置方案,该装置采用的创新性微型电场传感器对环境大气电场数据实时监测来进行雷电预警的,具有体积小、功耗低、易于集成化,无电机磨损部件,稳定性好,可靠性高等突出优点,在雷电预警领域具有广阔的应用前景.

摘要： 气体绝缘变电站(gas insulated substations,GIS)的开关操作引起的快速暂态过电压(very fast transient overvoltage,VFTO)造成的绝缘问题日益严重.为此,提出了一种基于电场的VFTO测量方法,主要根据电场强度与线路中电压的线性关系,当GIS开关电路中的电压变化时,通过电场传感器采集相应的电场变化数据,并根据测得的电压与电场强度关系进行实验,将实验数据拟合,并对传感器进行标定,实现VFTO的测量.首先从理论上进行VFTO建模并进行仿真数值计算,使用扫频法、方波响应法对传感器的响应特性进行了测试,高频截止频率＞134MHz,进行了高幅值电压测量实验,最后根据理论建模搭建了VFTO的模拟试验平台进行测量,结果表明能够利用电场传感器进行快速暂态过电压的测量.

摘要： 旋转式电场传感器是一种具有防水功能的电场传感器,用于野外高压直流线性下合成电场强度的测量.利用ProCAST软件对A356合金半固态压铸件壳体进行耦合数值模拟.模拟结果表明,充型温度为590°C、压射速度为5m/s、模具温度为200°C时,半固态浆料充型平稳,温度场分布均匀,没有形成喷溅和卷气现象,缩孔缩松等缺陷少,提高了电路增益性能的稳定性和一致性,半固态浆料成形效果最理想,为A356合金半固态压铸成形工艺的制定和优化提供了依据.采用此工艺参数,进行试验,生产出的铸件充型完整,轮廓清晰,所需加工螺纹孔部位无缺陷,为合格铸件.通过试验对数值模拟的工艺参数进行了验证.

摘要： 电力施工机械在工作过程中易与输电线路或带电体距离过近而引发跳闸事故,针对这一问题,研究了一种基于电场、雷达的施工机械防触电预警系统,在介绍了一维球型电场传感器、三维球型电场传感器和超声波雷达测距传感器技术原理的基础上,应用三维球型电场传感器和超声波雷达测距传感器作为测量主体,与控制器、无线通信收发器、蜂鸣器和LED等,构成了施工机械防触电预警系统。该预警系统为操作人员临近架空输电线路或带电体施工时保持安全距离提供预警,对保障电网安全有重要意义.

摘要： 不同电压等级的高压输电线的安全距离不同,进行危险电场预警的电场值也不同,高压输电线的职业工作者带电作业无可避免.因此本文旨在进行能根据不同的高压输电线的电压等级进行危险电场预警的传感器的研究,做到精确、稳定预警,用来保证带电作业时的工作者的人生安全和输电线路的正常运行.通过简化的高压输电线的物理模型,运用模拟电荷法推出高压输电线周围的电场强度的数值计算模型.然后用MATLAB仿真分析同一电压等级下不同高度处的电场差值和高度差之间的关系,得出一种非接触式的电场预警方法;分析比较不同电压等级下同一个位置不同高度处电场差值和高度差值的关系,得出一种非接触式电压等级识别方法.最后两种理论相融合成为一种根据不同电压等级进行安全距离预警的方法,为实际中的高压输电线的带电作业安全预警传感器提供可行方案.

摘要： 本发明提供一种旋转式光纤电场传感器以及基于该旋转式光纤电场传感器的直流/低频电场测量系统，所述的光纤电场传感器包括套管，套管的一端连接有光纤，入射光依次通过准直透镜、偏振片、电光晶体、波片后，由反射片反射原路返回；所述套管内设有活动安装的内套，所述电光晶体、波片和反射片固定在内套中，并设有驱动所述内套旋转的动力部件。本发明能消除晶体本身的缺陷、杂质以及空间电荷的不利影响，解决传统的光学电场传感器较难甚至不能用于直流/超低频电场测量的问题。

摘要： 本发明提供了一种电场传感器的封装组件、封装方法及电场传感器。所述组件包括：基底；封帽组件，其与所述基底连接形成内腔，所述封帽组件包括绝缘层与金属层，其中，所述绝缘层用于将所述内腔与外界隔离，所述金属层覆盖于所述绝缘层外表面，所述金属层包括对称分布的两块金属电极，所述两块金属电极之间具有缝隙；电场传感器，固定于所述内腔中的基底上。通过封帽组件的绝缘层实现对电场传感器的保护，避免了外界环境对芯片工作状态的干扰。通过在封帽组件的金属层设置对称分布的两块金属电极，以及设计两块金属电极之间存在缝隙，该缝隙的存在保证了外界电场在电场传感器上的分布在后续检测中不被消除。

摘要： 本发明公开了一种静电场传感器、基于静电场传感器的静电报警系统及方法，包括固定端、第一接线端、第二接线端、第三接线端、第四接线端、第五接线端、第六接线端、悬梁、第一电极板、第二电极板、第一压敏电阻、第二压敏电阻、第三压敏电阻、第四压敏电阻、恒压源、振动传感器、单片机以及终端，终端包括报警器及显示器。本发明可以有效的测量出产生静电场的静电电位值，并在超过阈值时进行报警，并且结构简单，灵敏度高，操作方便，适应性强。

摘要： 本发明公开了一种电场传感器的天线的设计方法和电场传感器，所述方法为：在所述电场传感器的铌酸锂晶片通过钛扩散后形成的直波导两侧设置电极和天线，然后计算确定电极和天线的尺寸参数。本发明的设计方法既考虑电场传感器的测量需求，同时兼顾了工艺的可实现性，通过本发明的方法实现了设计一种集成光学电场传感器，在提高电场传感器温度稳定性的同时，能够保证电场传感器测量的灵敏度、可靠度以及可测范围满足实际测量需求。

摘要： 一种压阻式微型电场传感器及其制备方法、电场传感器，其中压阻式微型电场传感器包括：衬底；设置在衬底顶部的锚区；与锚区连接的压阻拾振元件，用于将电场强度转化为电阻值变化；以及悬空设置在衬底上方的振动薄膜，振动薄膜通过支撑梁与压阻拾振元件连接，用于感应电场的变化；振动薄膜在电场力作用下产生位移，从而导致压阻拾振结构的阻值发生改变。本发明公开的压阻式微型电场传感器不需要额外引入驱动电压，具有功耗低、可实现交直流宽频带电场测量的特点，并且压阻检测得到的信号更强，信噪比高，同时体积小、结构简单，有益于实现批量化制造和系统集成。

摘要： 一种振动电容式微型电场传感器及其制备方法、电场传感器，其中振动电容式微型电场传感器包括：振动电极、固定电极、支撑梁、支撑梁锚区、固定电极锚区和衬底；支撑梁锚区与固定电极锚区均设置在衬底上；振动电极包括悬空设置在衬底上方的振动薄膜元件；所述振动薄膜元件通过支撑梁固定在支撑梁锚区上；固定电极设置在振动薄膜元件的至少一侧。本发明通过对振动电极和固定电极采用共面叉指布置、共面相对布置或平行相对布置形式，使振动电极在电场力作用下发生位移，导致振动电极与固定电极的电容值发生改变，通过检测电容值实现对被测电场的测量；本发明所述的电场传感器不需要额外引入驱动电压，具有功耗低，可实现交直流宽频带电场测量的优点。

摘要： 本发明提供了一种电场传感器的封装组件、封装方法及电场传感器。所述组件包括：基底；封帽组件，其与所述基底连接形成内腔，所述封帽组件包括绝缘层与金属层，其中，所述绝缘层用于将所述内腔与外界隔离，所述金属层覆盖于所述绝缘层外表面，所述金属层包括对称分布的两块金属电极，所述两块金属电极之间具有缝隙；电场传感器，固定于所述内腔中的基底上。通过封帽组件的绝缘层实现对电场传感器的保护，避免了外界环境对芯片工作状态的干扰。通过在封帽组件的金属层设置对称分布的两块金属电极，以及设计两块金属电极之间存在缝隙，该缝隙的存在保证了外界电场在电场传感器上的分布在后续检测中不被消除。

摘要： 本发明提供一种旋转式光纤电场传感器以及基于该旋转式光纤电场传感器的直流/低频电场测量系统，所述的光纤电场传感器包括套管，套管的一端连接有光纤，入射光依次通过准直透镜、偏振片、电光晶体、波片后，由反射片反射原路返回；所述套管内设有活动安装的内套，所述电光晶体、波片和反射片固定在内套中，并设有驱动所述内套旋转的动力部件。本发明能消除晶体本身的缺陷、杂质以及空间电荷的不利影响，解决传统的光学电场传感器较难甚至不能用于直流/超低频电场测量的问题。

摘要： 一种MEMS电场传感器的无线供能系统，供能方法及MEMS电场传感器。无线供能系统包括信号源、功率放大器、发射天线、接收天线、后端电路；信号源产生的高频交流信号经过功率放大器放大，然后经过发射天线转换为高频电磁波，接收天线接收高频电磁波并转为了电能，后端电路经过一系列的整流、滤波、电压电流转换为满足后端负载所需的电能；其中接收天线、后端电路和电场感应芯片、信号处理电路共同组成MEMS电场传感器。该电场传感器采用无线供能方案，解决了长期持续工作的供能问题，并且保证了电位隔离；同时，集成传感器体积微小，引起的电场畸变程度小，测量准确度高。

摘要： 一种MEMS电场传感器的无线供能系统及MEMS电场传感器。无线供能系统包括信号源、功率放大器、发射天线、接收天线、后端电路；信号源产生的高频交流信号经过功率放大器放大，然后经过发射天线转换为高频电磁波，接收天线接收高频电磁波并转为了电能，后端电路经过一系列的整流、滤波、电压电流转换为满足后端负载所需的电能；其中接收天线、后端电路和电场感应芯片、信号处理电路共同组成MEMS电场传感器。该电场传感器采用无线供能方案，解决了长期持续工作的供能问题，并且保证了电位隔离；同时，集成传感器体积微小，引起的电场畸变程度小，测量准确度高。