測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)至關(guān)重要,但現(xiàn)有的傳感器架構(gòu)體系過(guò)于復(fù)雜且難以進(jìn)行校準(zhǔn)。奧地利維也納技術(shù)大學(xué)(tu wien)已開(kāi)發(fā)出一種新型的場(chǎng)強(qiáng)探測(cè)器,該探測(cè)器基于微電子機(jī)械技術(shù),改進(jìn)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量的方法。該項(xiàng)工作已發(fā)表在nature electronics中。
圖片來(lái)自tu wien
tu wien的andreas kainz表示:“目前用于測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度的設(shè)備存在一些顯著的缺點(diǎn),例如這些設(shè)備中包含的導(dǎo)電金屬部件將對(duì)電場(chǎng)測(cè)量產(chǎn)生影響。若器件接地以提供測(cè)量的參考點(diǎn),則該效應(yīng)會(huì)更加明顯。”研究人員們采用了不同的方法進(jìn)行重新設(shè)計(jì),使用被動(dòng)式mems元件,并利用了靜電感應(yīng)對(duì)尺寸僅為幾微米的小型硅柵格結(jié)構(gòu)的影響,其附著在一個(gè)小型彈簧上,當(dāng)硅塊暴露在電場(chǎng)中時(shí),在硅晶體上施加一個(gè)力,則彈簧會(huì)被輕微地壓縮或延伸。大規(guī)模生產(chǎn)隨后可通過(guò)觀察穿過(guò)該結(jié)構(gòu)的led光束的變化對(duì)這種機(jī)械位移進(jìn)行光學(xué)追蹤。另一個(gè)柵格固定于硅塊上方,因此當(dāng)硅在電場(chǎng)的影響下移動(dòng)時(shí),將產(chǎn)生新的光通量。這種變化可以用來(lái)測(cè)量引起位移的電場(chǎng)強(qiáng)度。在已發(fā)表的論文中,該研究團(tuán)隊(duì)注意到新設(shè)備還可用于頻率相對(duì)較低的區(qū)域。kainz表示:“該設(shè)備已能夠測(cè)量出每米低于200伏的弱電場(chǎng)。這意味著我們的系統(tǒng)已經(jīng)能夠與現(xiàn)有產(chǎn)品在大致相同的水平上運(yùn)行,但我們的產(chǎn)品體積更小,且使用更簡(jiǎn)單。”氣象學(xué)是該設(shè)備的另一個(gè)目標(biāo)領(lǐng)域,在雷電來(lái)臨之前或雷暴期間,傳感器將有助于解決當(dāng)?shù)仉妶?chǎng)的閃電研究中一些尚未解決的問(wèn)題,因?yàn)殚W電有可能引發(fā)移動(dòng)設(shè)備發(fā)出雷擊警報(bào)。此外類似的設(shè)備還能用于顯示高壓輸電線的距離。mems技術(shù)應(yīng)當(dāng)允許使用成本相對(duì)較低的硅微加工技術(shù)并應(yīng)用大規(guī)模生產(chǎn)方法來(lái)進(jìn)行量產(chǎn),如此該技術(shù)還可用于跨環(huán)境監(jiān)測(cè)以及個(gè)人安全等方面的應(yīng)用。kainz認(rèn)為:“其他的測(cè)量方法已足夠成熟,而我們的方法才剛起步。我堅(jiān)信我們的微機(jī)電傳感器在未來(lái)將實(shí)現(xiàn)更多的應(yīng)用。”(原文標(biāo)題:奧地利研究人員使用新型傳感器測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度)
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