基于MEMS技術(shù)的F-P靜電系電壓傳感器的研究.pdf

1、光纖靜電電壓表具有體積小、重量輕、精度高、頻率響應(yīng)寬、動(dòng)態(tài)范圍大、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，且可憑借其極大的輸入阻抗(＞1015Q)，實(shí)現(xiàn)靜電電壓測(cè)量，在高電壓測(cè)量及靜電電壓防護(hù)檢測(cè)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。本文采用微型電子機(jī)械系統(tǒng)(Micro Electro-Mechanical System，MEMS)加工技術(shù)制備具有蛇形固端梁支撐硅膜結(jié)構(gòu)，制成了高響應(yīng)靈敏度的光纖法布里-珀羅（Fabry-Perot，F(xiàn)-P）高電壓傳感器。
　　利用

2、小撓度理論和材料力學(xué)理論分析了傳感單元的撓度，建立F-P靜電系電壓傳感器的傳感數(shù)學(xué)模型。通過(guò)力學(xué)有限元分析方法，設(shè)計(jì)直梁結(jié)構(gòu)和蛇形梁結(jié)構(gòu)的F-P傳感膜片，計(jì)算不同結(jié)構(gòu)的固有模態(tài)和受迫振動(dòng)響應(yīng)靈敏度。利用MEMS技術(shù)制得高應(yīng)變靈敏結(jié)構(gòu)硅片并與光纖尾纖構(gòu)成F-P干涉儀，制備成高壓電壓傳感器。依據(jù)電氣絕緣設(shè)計(jì)理論并通過(guò)COMSOL電場(chǎng)仿真，設(shè)計(jì)傳感器的高壓電極、接地電極及外絕緣結(jié)構(gòu)，分析了高壓和接地電極間均勻電場(chǎng)強(qiáng)度。最后，采用DFB激光器構(gòu)

3、建解調(diào)系統(tǒng)，進(jìn)行高電壓傳感測(cè)量實(shí)驗(yàn)。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的F-P高電壓傳感器交流電壓測(cè)量量程為3-10kV，其中基本誤差小于3.90％，準(zhǔn)確度等級(jí)為5.0級(jí)，靈敏度優(yōu)于7.32mV/kV。針對(duì)F-P高電壓傳感器量程不足的缺點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的F-P高電壓傳感器交流電壓測(cè)量量程為4-24.1kV，測(cè)量基本誤差小于1.00％，準(zhǔn)確度等級(jí)為1.0級(jí)，靈敏度優(yōu)于10.00mV/kV，且隨著外加電壓的增加，光纖電壓傳感器的靈敏度