静电推挽驱动-电磁感应检测谐振式微型磁传感器

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基本信息

项目摘要

For non-contact current sensing purpose, the magnetic sensor should have good linearity, good sensitivity, large magnetic field measurement range and large bandwidth. Thus, this project proposes a resonant magnetic field microsensor with electrostatic push-pull driving and electromagnetic induction sensing. The proposed microsensor is driven to square extensional mode by push-pull electrostatic driving, and exploits the principle of electromagnetic induction to detect external magnetic field through the generated electromotive force in the planar induction coil, which is placed on top of the resonant plate. This project combines the principle of electromagnetic induction with the vibrating theory to build a model for the proposed push-pull magnetic sensor. The proposed sensor will be fabricated by Cavity-SOI approach and the movable structures are released by dry etching process. Moreover, the floating sensing structure will be sealed and protected by wafer bonding. A phase-locked loop will be used to detect the high frequency weak electromagnetic induction voltage signals from the induction coil. Because the magnetic sensor in this project employs electromagnetic induction sensing approach to detect the external magnetic field and the induced electromotive force is proportional to the magnetic flux density, the output of the proposed sensor should have a good linearity. Furthermore, the proposed sensor is free from hysteresis and magnetic saturation, which implies a large magnetic field measurement range and large response bandwidth. Due to that the electrostatic push-pull driving doubles driving force, the sensitivity can be improved, and the power dissipation can also be reduced. Additionally, the proposed sensor has low temperature coefficient, since both the electrostatic driving and electromagnetic induction sensing approach are insensitive to temperature. Therefore, the proposed device can operate well in a wide temperature range.
针对非接触电流传感对磁传感器高线性、高灵敏度、大响应范围、高带宽的要求,本项目提出了一种静电推挽驱动-电磁感应检测谐振式微型磁传感器,利用谐振振子上金属线圈切割磁感线实现磁场强度和方向的测量。本项目拟将电磁感应定律与振动理论相结合,建立推挽结构电磁感应磁传感器的器件模型;采用Cavity-SOI工艺,利用干法刻蚀释放可动感应微结构,并通过圆片级键合实现微结构的密封保护;通过锁相放大技术,实现对高频微弱电磁感应电压信号的精确检测。本项目提出的磁传感器基于电磁感应原理进行传感,感应电动势与磁场强度成正比,输出信号具有很好的线性,并且避免了磁滞和磁饱和,提高了磁场测量范围和响应带宽;采用静电推挽驱动将驱动力提高1倍,提高了器件灵敏度,降低了器件功耗。此外,由于静电驱动和电磁感应两种机制对温度都不敏感,本项目提出的磁传感器也将具有较小的温度系数,可在较大温度范围工作。

结项摘要

本课题以微机械谐振器为基础,结合电磁感应定律实现了一种静电驱动-电磁感应敏感的三轴谐振式MEMS磁场传感器,适用于位置感知,惯性导航,智能交通,材料非破坏性测试等领域。.建立了磁场传感器的理论模型,在理论模型的指导下通过对比论证设计了两种敏感结构分别工作在收缩扩张模态和扭转模态用来测量面外和面内磁场;对于工作在扭转模态的敏感结构创新性的采用垂直交错的梳齿电极取代常规的平板电极以降低空气阻尼并且避免了吸合现象;基于两种敏感结构,提出了集成式三轴磁场传感器的实现方案。.开发了磁场传感器制作方法。提出并采用一种简单的自对准工艺实现了垂直交错梳齿电极的制作,降低了工艺成本和复杂度。.研究了微机械谐振器中存在的馈通效应。采用导纳圆图形象的解释了馈通效应对器件谐振特性测试的影响,讨论了根据测试曲线获得谐振频率和Q值的参数提取法,并在器件设计,版图布局和PCB设计三个方面给出了降低馈通效应的方法,从而为谐振式MEMS传感器的设计优化,接口电路设计以及器件性能测试提供指导。.设计了完整的传感器接口电路,包括闭环自激驱动和信号锁相放大。加入温度补偿二极管消除温度漂移造成的检波误差,将器件的TCS降低至-265 ppm/℃。.基于搭建的磁场传感器测试平台对器件性能进行了详细测试。测试表明,器件具有准零功耗,低至0.06%的非线性误差,不低于37 dB的交叉轴抑制比,-20 ~ 80 ℃测试温区内低至-265 ppm/℃的TCS和384 ppm/℃的TCO以及不低于98dB的动态范围。目前大气下面外和面内磁场的分辨率分别为3 μT和6 μT。

项目成果

期刊论文数量(10)
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会议论文数量(2)
专利数量(5)
Design, fabrication and characterization of a resonant magnetic field sensor based on mechanically coupled dual-microresonator
基于机械耦合双微谐振器的谐振磁场传感器的设计、制造和表征
  • DOI:
    10.1016/j.sna.2016.07.005
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Sensors and Actuators A: Physical
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wu G. Q.;Xu D. H.;Xiong B.;Che L. F.;Wang Y. L.
  • 通讯作者:
    Wang Y. L.
Simulation of plastic deformation of sculptured diaphragm silicon microstructure
雕刻隔膜硅微结构塑性变形模拟
  • DOI:
    10.1016/j.mee.2015.12.011
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Microelectronic Engineering
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Jiang Wanli;Xu Dehui;Yao Shaokang;Xiong Bin;Wang Yuelin
  • 通讯作者:
    Wang Yuelin
Modelling of resonant MEMS magnetic field sensor with electromagnetic induction sensing
采用电磁感应传感的谐振 MEMS 磁场传感器建模
  • DOI:
    10.1016/j.sse.2017.02.010
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Solid-State Electronics
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Liu Song;Xu Huaying;Xu Dehui;Xiong Bin
  • 通讯作者:
    Xiong Bin
谐振式MEMS磁传感器接口电路设计
  • DOI:
    10.13873/j.1000-9787(2016)11-0087-03
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    传感器与微系统
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高华磊;徐德辉;刘松;马颖蕾;熊斌
  • 通讯作者:
    熊斌
Plastic deformation of membrane with mesa silicon microstructure
台面硅微结构薄膜的塑性变形
  • DOI:
    10.1007/s00542-016-3059-0
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Microsystem Technologies
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jiang Wanli;Xu Dehui;Xiong Bin;Wang Yuelin
  • 通讯作者:
    Wang Yuelin

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其他文献

2,4-二硝基苯肼衍生-高效液相色谱测定大气细粒子中二羰基类化合物
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    分析化学
  • 影响因子:
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  • 作者:
    牟翠翠;冯艳丽;翟金清;熊斌;邹婷
  • 通讯作者:
    邹婷
长链非编码RNA HULC在结直肠癌中的表达及预后价值
  • DOI:
    10.14188/j.1671-8852.2017.0616
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    武汉大学学报(医学版)
  • 影响因子:
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  • 作者:
    徐飞;刘九洋;黄超群;彭春伟;熊斌;杨肖军
  • 通讯作者:
    杨肖军
高Q值音叉式微陀螺静电自激驱动
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    传感器与微系统,2007,26(10):38-40
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王俊杰;车录锋;李玉芳;熊斌
  • 通讯作者:
    熊斌
2,4-二硝基苯肼衍生-高效液相色谱测定大气细粒子中二羰基类化合物
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
    分析化学
  • 影响因子:
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  • 作者:
    熊斌;冯艳丽;邹婷;牟翠翠;翟金清
  • 通讯作者:
    翟金清
血小板减少症患者经颈静脉肝内门体分流术安全性和预后分析
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1008-794x.2022.08.006
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    介入放射学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    白耀威;刘家成;熊斌;杨崇图;王迎亮;周晨;黄松江;李铜强;陈杨
  • 通讯作者:
    陈杨

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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