一种基于MEMS芯片的新型地面大气电场传感器A-电子与信息学报.PDF

第 38 卷第 6 期 电 子 与 信 息 学 报 Vol.38No.6 2016 年 6 月 Journal of Electronics Information Technology . Jun. 2016 一种基于MEMS 芯片的新型地面大气电场传感器 杨鹏飞*① 陈 博② 闻小龙③ 彭春荣② 夏善红② 郝一龙① ①(北京大学微米/纳米加工技术国家重点实验室 北京 100871) ②(中国科学院电子学研究所传感器技术国家重点实验室 北京 100190) ③(清华大学微电子学研究所 北京 100084) 摘 要：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 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。 关键词：微机电系统；电场传感器；MEMS 地面大气电场传感器 中图分类号：TP212.1 文献标识码：A 文章编号：1009-5896(2016)06-1536-05 DOI: 10.11999/JEIT150994 A Novel MEMS Chip-based Ground Atmospheric Electric Field Sensor ① ② ③ ② YANG Pengfei CHEN Bo WEN Xiaolong PENG Chunrong ② ① XIA Shanhong HAO Yilong ① (National Key Laboratory of Micro/Nano Fabrication Technology, Peking University, Beijing 100871, China) ② (State Key Laboratory of Transducer Technology, Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China) ③ (Institute of Microelectronics, Tsinghua University, Beijing 100084, China) Abstract: In this paper, a novel ground atmospheric electric field sensor