聚合物MEMS電流傳感器的研究.pdf

1、目前，傳感網(wǎng)絡正朝著智能化方向發(fā)展，“物聯(lián)網(wǎng)”和“智慧地球”的核心技術均是無線傳感網(wǎng)技術。在特高壓智能電網(wǎng)的發(fā)展過程中，實現(xiàn)電流的實時監(jiān)測和反饋，對于電網(wǎng)的安全運行來說顯得越來越重要。盡管各種類型的光學電流傳感器(OCS)在一定程度上解決了傳統(tǒng)電流互感(CT)存在的一些問題，但它們自身的缺陷限制了它們的實用化發(fā)展。微機電機械系統(tǒng)(MEMS)的出現(xiàn)，使得制造出性能優(yōu)、價格低的光學電流傳感器成為可能。MEMS扭轉微鏡與光纖傳感相結合，是光學

2、電流傳感器發(fā)展的一個新方向。
　　當前大多數(shù)MEMS扭轉微鏡都基于硅材料制作。硅材料的屬性限制了扭轉微鏡的扭轉角度，且傳感器的抗沖擊性能差。另外，現(xiàn)有的MEMS電流傳感器往往帶有羅氏線圈(Rogowski)等集磁環(huán)，結構復雜。根據(jù)以上問題，本學位論文提出一種基于聚合物材料制作的，結構簡單的MEMS電流傳感器。
　　論文提出的這一新型交流電傳感器，其關鍵部分是聚合物MEMS扭轉微鏡。扭轉微鏡具有聚合物—金屬復合結構，基體材料采

3、用聚碳酸酯(PC)，扭轉梁采用金屬材料制作。永磁體被聚合物材料包埋于扭轉微鏡內(nèi)部，扭轉微鏡的反射面為反射光柵結構。這一傳感器結構簡單、功耗小、易安裝、微型化、成本低，可在智能電網(wǎng)的大量使用。
　　論文從理論上分析扭轉微鏡驅動力的來源，以及各個參數(shù)對其靜態(tài)力學特性和動態(tài)力學特性的影響，確定扭轉微鏡的最佳結構。通過模擬該傳感器用于檢測不同幅值交流電信號的情況，得到扭轉微鏡在不同電流下的穩(wěn)態(tài)振動扭轉角幅度以及歸一化光強信號，并得出電流幅

4、值與扭轉角幅度之間的關系。同時，電流幅值與歸一化光強損耗之間的關系也被確定。理論研究表明，這一 MEMS交流電傳感器具有很高的靈敏度，在電流幅值為0-50A范圍內(nèi)，其歸一化光強變化率最高可達0.024/A。
　　在實驗室完成聚合物扭轉微鏡的制作并搭建檢測光路。分析光路調(diào)試過程中出現(xiàn)的失真信號，并排除原因。調(diào)試完成后，在實驗室無光照環(huán)境下對不同幅值的交流電信號進行解調(diào)，實驗數(shù)據(jù)表明，在電流幅值為0A-10A范圍內(nèi)時，傳感器歸一化光強