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基于电涡流的多周期双极直线位移传感器

仪器仪表学报 2023年第5期44卷 260-266页

作者：瞿金晨郭赫男李杰程灏彬闻小龙北京科技大学数理学院北京100083 北京市弱磁检测及应用工程技术研究中心北京100083 传感技术国家重点实验室上海200051

传统的基于电涡流的多周期位移传感器由于输出信号的周期重复性,难以解决断电重启后的绝对位置识别问题。提出一种基于电涡流的新型双极直线位移传感器。经过理论与仿真分析,验证了随着滑片的滑动,接收线圈中感应电压的幅值呈现正余弦... 详细信息

传统的基于电涡流的多周期位移传感器由于输出信号的周期重复性,难以解决断电重启后的绝对位置识别问题。提出一种基于电涡流的新型双极直线位移传感器。经过理论与仿真分析,验证了随着滑片的滑动,接收线圈中感应电压的幅值呈现正余弦变化。设计了双极敏感结构,通过上极多周期接收线圈保证位移的精确测量。下极布置单周期接收线圈对上级所处周期进行识别。通过感应信号偏移及幅值归一化处理算法提高精度,在实验室搭建传感器样机,以高精度电控平移台进行测试。经测试,新型多周期双极电涡流直线位移传感器可以实现绝对位置测量,在0~60 mm量程内测量误差为30μm,最大非线性为0.08%。突破了传统多周期涡流式位移传感器绝对位置无法识别的局限。

关键词：电感式传感器直线位移传感器多周期绝对位置

基于MEMS技术的非接触式人体静电测量装置

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电子与信息学报 2017年第8期39卷 1835-1840页

作者：闻小龙彭春荣杨鹏飞陈博夏善红中国科学院电子学研究所传感技术联合国家重点实验室北京100190 北京中科飞龙传感技术有限责任公司北京100084

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,难以测量运动人体带电情况等难题,该文研制出基于MEMS电场传感器的非接触式静电测量装置。提出一种新型检测电极与敏感芯片相连结构,显著增大了电场感应... 详细信息

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,难以测量运动人体带电情况等难题,该文研制出基于MEMS电场传感器的非接触式静电测量装置。提出一种新型检测电极与敏感芯片相连结构,显著增大了电场感应面积,增强了灵敏度。设计11个检测电极分布式布置形成门体结构,成功实现人体头、肩、臂、手、腿、脚部位在运动过程中带电情况的同时测量。基于金属仿真带电人体,提出模拟应用现场的标定方法,准确实现了静电安检门的标定。该静电测量装置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-30~30k V,分辨力优于50 V,总不确定度优于3%。

关键词：微机械电子系统电场传感器非接触静电测量静电仪

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套球壳型非接触式交流验电装置研究

电子与信息学报 2021年第6期43卷 1637-1643页

作者：杨鹏飞闻小龙倪晓明彭春荣北京信息科技大学理学院北京100192 北京科技大学数理学院北京100083 中国科学院空天信息创新研究院传感技术国家重点实验室北京100194

该文提出一种基于套球壳型电场探头的非接触式交流验电装置。套球壳型结构类似差分结构,可消除共模干扰噪声的影响。建立套球壳型结构的电场分布理论模型,得到外球壳表面的感应电荷密度和电场探头的灵敏度表达式。提出电场探头的等效电... 详细信息

该文提出一种基于套球壳型电场探头的非接触式交流验电装置。套球壳型结构类似差分结构,可消除共模干扰噪声的影响。建立套球壳型结构的电场分布理论模型,得到外球壳表面的感应电荷密度和电场探头的灵敏度表达式。提出电场探头的等效电路模型,并设计了接口电路,最终成功研制出非接触式交流验电装置样机。测试结果表明:已研制样机的电压输出与施加电场之间有良好的线性关系,线性度达到0.66%,并且测试结果与计算结果有较好的一致性;当样机在0~45°范围内转动时,其输出的电压值仅降低了4.0%,说明验电装置的小角度旋转基本上不影响验电的准确性;越接近输电线路,样机输出的电压值的增大速度越快,阈值易于识别,说明越容易验电。

关键词：非接触式验电装置电场探头套球壳型结构

一种基于MEMS芯片的新型地面大气电场传感器

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电子与信息学报 2016年第6期38卷 1536-1540页

作者：杨鹏飞陈博闻小龙彭春荣夏善红郝一龙北京大学微米/纳米加工技术国家重点实验室北京100871 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 清华大学微电子学研究所北京100084

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... 详细信息

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。

关键词：微机电系统电场传感器 MEMS地面大气电场传感器

规范管理创新求实不断提升粮库规范化管理水平

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中国粮食经济 2015年第12期 58-60页

作者：闻小龙广西壮族自治区南宁粮食储备库

近年来,广西壮族自治区南宁粮食储备库坚持以＂保持广西示范库,建设全国一流储粮企业＂为总目标,以＂守住管好广西粮仓＂为总要求,努力探索＂绿色储粮、经济储粮＂的新技术、新方法、新途径,不断取得工作新成效。该库于2006年荣立广西... 详细信息

近年来,广西壮族自治区南宁粮食储备库坚持以＂保持广西示范库,建设全国一流储粮企业＂为总目标,以＂守住管好广西粮仓＂为总要求,努力探索＂绿色储粮、经济储粮＂的新技术、新方法、新途径,不断取得工作新成效。该库于2006年荣立广西壮族自治区粮食系统集体二等功,2008年被广西壮族自治区粮食局评为＂广西壮族自治区储备粮管理示范库＂,2010年被国家粮食局评为＂全国粮油仓储规范化管理先进企业＂,2014年被人力资源和社会保障部、国家粮食局授予＂全国粮食系统先进单位＂荣誉称号。

关键词：规范化管理创新求实广西壮族自治区国家粮食局粮库绿色储粮粮食系统粮食储备库

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谐振式微型电场传感器芯片级真空封装及测试

电子与信息学报 2015年第9期37卷 2282-2286页

作者：毋正伟彭春荣杨鹏飞闻小龙李冰夏善红中国科学院电子学研究所传感技术联合国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 北京大学微电子学研究院北京100871 清华大学微电子学研究所北京100084

为了降低传感器的驱动电压,提高该器件的品质因数和信噪比,该文研究封装材料和工艺对真空封装性能的影响,针对一种微机电系统(MEMS)谐振式微型电场敏感结构芯片,采用独特的共晶键合技术,实现该传感器的芯片级真空封装。实验结果表明,该... 详细信息

为了降低传感器的驱动电压,提高该器件的品质因数和信噪比,该文研究封装材料和工艺对真空封装性能的影响,针对一种微机电系统(MEMS)谐振式微型电场敏感结构芯片,采用独特的共晶键合技术,实现该传感器的芯片级真空封装。实验结果表明,该传感器封装后的品质因数达到了30727.4,是常压封装的500倍;该封装器件具有更低的驱动电压,只需要直流分量100 m V和交流分量60 m Vp-p,与常压测试时相比,分别只有原来的1/200和1/16。

关键词：微机电系统微型电场传感器芯片级真空封装

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可寄生式双极电感绝对角度传感器研究

电子与信息学报 2023年第6期45卷 1944-1951页

作者：张波陈小丽郭赫男瞿金晨李杰李建华姜勇闻小龙北京科技大学数理学院北京100083 北京市弱磁检测及应用工程技术研究中心北京100083 传感技术国家重点实验室上海200050

角度传感器作为电机的核心定位部件,对电机的定位精度有重要影响。该文设计了一种双极电感式绝对角度传感器,该传感器通过周期性改变线圈中感应电压的大小来测量角度,敏感结构主要包括转子和定子,可实现与电机主轴的一体化。其中转子由... 详细信息

角度传感器作为电机的核心定位部件,对电机的定位精度有重要影响。该文设计了一种双极电感式绝对角度传感器,该传感器通过周期性改变线圈中感应电压的大小来测量角度,敏感结构主要包括转子和定子,可实现与电机主轴的一体化。其中转子由内外单周期、多周期扇形铜箔组成,形成双极布局,定子由激励线圈、接收线圈以及后续处理电路组成。定子中的两组接收线圈,一组线圈由8个回路组成,对应为外沿多周期扇形铜箔,另一组由2个回路组成,对应中心180°扇形(半圆形)铜箔,两组线圈相互独立,互不影响。当转子在接收线圈上方转动时,转子中产生的涡流会使相邻两个接收线圈感应电压呈周期性正余弦形式变化。8回路线圈测量精度高,但360°内会出现多个周期信号,无法实现绝对位置测量。而2回路线圈在360°范围感应出1个周期信号,通过2回路线圈为8回路线圈提供周期数鉴别,进而解决了绝对位置测量的问题。通过算法对正余弦信号进行识别解算,以高精度转台为基准对样机进行测试,结果表明,传感器测量误差可以达到0.04°,满足电机位置控制精度要求,验证了该方案的可行性。

关键词：电机定位双极电感式角度传感器电磁感应绝对位置

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基于MEMS的距离自适应型非接触静电仪

电子与信息学报 2021年第10期43卷 3068-3074页

作者：闻小龙杨鹏飞储昭志彭春荣刘宇涛吴双北京科技大学数理学院北京市弱磁检测及应用工程技术研究中心北京100083 北京信息科技大学理学院北京100192 中国科学院微电子研究所北京100029 中国科学院空天信息创新研究院传感技术国家重点实验室北京100190 北京中科飞龙传感技术有限责任公司北京100083

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... 详细信息

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%。

关键词：静电仪微机电系统电场传感器静电压动态标定

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一种灵敏度漂移自补偿型MEMS电场传感器

电子与信息学报 2023年第8期45卷 3040-3046页

作者：储昭志杨鹏飞闻小龙彭春荣刘宇涛吴双中国科学院微电子研究所北京100029 北京信息科技大学北京100192 北京科技大学北京100083 中国科学院空天信息创新研究院传感技术国家重点实验室北京100094 北京中科飞龙传感技术有限责任公司北京100089

针对温度和应力变化带来的电场传感器灵敏度漂移和测量误差问题,该文提出一种具有灵敏度漂移自补偿功能的微机电系统(MEMS)谐振式电场传感器。传感器结构中,感应电极用于测量外部电场,参考电极用于监测可动结构振动信息;基于振动相位和... 详细信息

针对温度和应力变化带来的电场传感器灵敏度漂移和测量误差问题,该文提出一种具有灵敏度漂移自补偿功能的微机电系统(MEMS)谐振式电场传感器。传感器结构中,感应电极用于测量外部电场,参考电极用于监测可动结构振动信息;基于振动相位和锁相环技术实现传感器谐振频率自动跟踪,利用参考电极输出信号对感应电极输出信号进行实时补偿,提高传感器灵敏度的稳定性。该文开展了敏感结构设计和理论分析,研制出传感器样机,并进行了样机标定测试。测试结果表明,在±18 kV/m电场范围内,传感器线性度达到0.21%,3个往返行程总不确定度达到1.34%;在–40℃~70℃温度范围内,灵敏度相对漂移量小于3.0%,具有良好的灵敏度漂移自补偿效果。

关键词：微机电系统电场传感器灵敏度漂移温度补偿