一种用于MEMS电场传感器的CMOS可控增益前置放大电路

为了将基于MEMS技术的微型电场传感器与其信号处理电路集成在一个芯片上,设计了一种CMOS前置放大电路.该电路利用工作在线性区的长沟道MOSFET晶体管代替传统的无源器件做反馈来降低所占硅片面积,使用分流原理构建分流网络产生可编程的偏置电流来控制放大电路的增益.仿真结果表明该电路结构具有较好的线性度和很好的温度特性,长沟道晶体管的等效电阻与偏置电流相关,可以达到兆欧量级.

基于MEMS电场传感器的1000 kV非接触验电器研究

为解决交流特高压输电线路验电难题,基于微机电系统(MEMS)电场传感器及非接触式验电器的工作原理,通过仿真计算确定了档中、塔头位置的验电区域及验电器报警阈值要求,结合试验对MEMS非接触式验电器报警阈值进行了校准,并在特高压线路开展了非接触式验电器的现场应用。结果表明,当MEMS非接触式验电器报警阈值设定为25kV/m,档中位置时验电器置于距离导线10～15m的区域内、塔头位置时验电器朝导线方向伸出距离塔身、横担2m区域即可准确判断线路带电情况。

基于MEMS电场传感器的直流验电器系统设计

为了对高压直流输电(HVDC)的传输线进行可靠的带电状态检验,提出并设计了一种基于微机电系统(MEMS)电场传感器的非接触式直流验电器系统。MEMS电场传感器用于测量DC电场。为了实现对电场信号的采集和处理,设计了以32位嵌入式微处理器为核心的非接触式直流验电器系统。通过声光预警模块实现有电提醒,简化验电作业的操作复杂性。该系统的应用可以准确检测直流输电线路的带电状态信息,并在检测到输电线路带电时及时报警,具有操作简单,抗干扰能力强,电池寿命长达23 h的特点。

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 mm×5.5 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 k V/m^50 k V/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。

基于MEMS技术的三维电场探空仪测试系统设计

为实现空中大气电场的准确探测,文中开展了基于MEMS技术的三维电场探空仪测试系统设计,基于Qt Creator跨平台集成开发环境实现了电场探空仪多路电场信号采集、传感器零点校验、标定测试、性能参数计算等功能,完成了基于MEMS技术的三维电场探空仪的标定测试。实验结果表明:该测试系统满足测试要求,可对三维电场探空仪进行标定与性能测试。

微型折叠式三维电场传感器

提出一种基于柔性衬底和三维组装方法的新型三维电场传感器。利用柔性衬底的折叠,构建一种互相垂直的新型三维电场传感器,研究了测量空间电场时的耦合,提出解耦算法,标定灵敏度矩阵,实现了空间电场三个方向分量的准确测量;通过一系列的温湿度实验研究了三维结构的形变,证明了三维电场传感器结构稳定可靠。实验结果表明:所研制的三维电场传感器不仅能消除耦合干扰,实现空间电场分量的准确测量,测量误差在3.61%以内;而且通过新的三维组装方法,大大减少了三维电场传感器的质量、体积,折叠工艺简化了三维传感器的组装,有利于批量化生产。

基于LabVIEW和MEMS敏感结构的工频电场无线检测系统

工频电场检测在智能电网领域具有十分重要的应用前景,但目前国内外对MEMS电场传感器的研究一般只用于检测静电场。该文针对基于MEMS技术的电场敏感微结构输出信号特征,提出了一种检测工频电场的算法,并基于LabVIEW虚拟仪器结构和模块化设计方法,研制出新型的工频电场无线检测系统样机,实现电场敏感结构输出信号的无线采集、数字滤波和相关解调,成功实现工频电场幅值的高精度提取,验证了工频电场检测算法的准确性。常压室温测试结果表明,该系统检测工频电场分辨力优于20 V/m.

基于共面去耦结构的空间三维电场测量方法

为了准确测量空间3维电场,解决作用于电场传感器的电场各分量之间的耦合干扰问题,该文提出一种新型的基于共面去耦结构的空间3维电场探测方法。区别于在空间的X,Y,Z 3个方向上进行3维布置传统测量思路,该文提出采用3个不共线的平面分布电场敏感单元,利用电场耦合灵敏度矩阵实现电场3个正交分量的准确解调。采用3个基于微机电系统(MEMS)技术的振动微结构电场敏感单元成功制作出3维电场传感器样机。该文设计出一种可实现任意角度旋转的新的传感器夹具,并构建了3维电场测试标定系统。实验表明,该文研制的3维电场传感器可实现电场3个分量的准确测量,结构简单,消除了3个电场分量之间的耦合干扰,提高了测量精度。

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。

特高压交流线路非接触式验电器研制与应用

为解决特高压交流线路的验电难题,该文研制了一种基于MEMS电场传感器的特高压交流线路非接触式验电器,通过仿真计算和现场测试确定了特高压交流线路登塔验电区域与验电器报警阈值,实现了特高压交流线路便捷可靠的验电。结果表明:经实验室校准,所研制的非接触式验电器满足现场电场测量要求;验电器报警阈值为10kV/m,验电人员位于导线等高塔身处或导线正上方横担处,水平或垂直向下伸出端部安装有验电器的绝缘杆对准导线,使验电器距导线5~10 m,可准确验电。

通信站智能雷电预警防护方案设计与实现

针对目前通信站在防雷方面普遍存在手段不足、效率不高的问题,梳理相关问题与需求,开展通信台站雷电预警方面的研究,为提升通信值勤效能提供支撑。