MEMS磁场传感器的设计与分析

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:oqo235
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为了实现聚变能的和平利用,基于核聚变的EAST全超导托卡马克作为中国稳态先进等离子体运行科学问题的重要实验平台而存在。随着未来EAST放电参数等研究性能的提高,实现1000s量级的等离子体放电,长脉冲准稳态将是今后发展的必然方向。但是,传统的测量技术在EAST强准稳态磁场测量的精确度上不能满足,因此具有高性能的EAST内部磁场测量技术的研究终将成为不可忽视的挑战。  与当前使用的通过感应线圈测量磁场变化量的探针测量法相比,MEMS磁场传感器具有分辨率高、精确度高、微型化、耐高温等优点,而且其MEMS制造工艺与IC工艺兼容,在实际生产中易批量投产。但是由于MEMS磁场传感器的选用材料、实际制备时苛刻的工艺条件等的限制,目前在市面上强磁传感器相对于弱磁传感器更是凤毛麟角,尤其是特斯拉量级的强磁传感器更是鲜有。因此针对EAST内部复杂的磁场环境的磁场传感器的研究更是迫在眉睫。  在本篇论文中,主要研究设计了两种电容检出的MEMS磁场传感器,原理设计是在磁场中通电线圈受到外力驱动活动块运动导致电容变化,从而来推测MEMS磁场传感器所处环境中磁场值。文中对平面扭转式磁场传感器进行了模拟仿真分析,通过改变相关结构参数以达到优化结构性能的作用。在0.05T~1.5T的测量范围内,给平面扭转式磁场传感器结构的线圈通入正弦电流,通过调整线圈匝数、梁长度、“腰”角度,仿真测得结构的分辨率可达122.86pF/T,谐振频率可达41.1MHz。对梳齿状磁场传感器也进行了模态分析和应力分析,以研究结构性能。
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