电学计量中的微机电系统组件
仪器与探测器
2007-07-05 v1
摘要
微机电系统 (MEMS) 可为传统技术提供具有竞争力的电学精密测量替代方案。本文总结了电学计量领域 MEMS 解决方案的最新开发工作。讨论了基于 MEMS 的电压基准、RMS-to-DC 转换器、高频功率传感器和参考振荡器。这些组件的主要工作原理是微加工硅结构中电场力与机械弹簧力之间的平衡。在 RMS 传感器和 RMS-to-DC 转换器中，利用了动板电容器极板间力的二次电压依赖性；MEMS 电压基准的工作则基于动板电容器的吸合现象。与更传统的解决方案相比，MEMS 器件的优势包括体积小、功耗低、量产成本低以及稳定性好。静电充电效应引起的漂移已被证明是一个主要问题。该问题在直流应用中尚未解决，但可通过使用交流驱动代替直流并补偿组件内部直流电压来规避。通过这种方式，构建了一种在三周测试期间相对漂移率低于 2 ppm 的交流电压基准。基于 MEMS 的参考振荡器展示了更好的稳定性：在持续超过一个月的测量中，在约 0.01 ppm 的相对不确定度水平上未观察到共振频率的变化。MEMS 组件也已开发用于测量高达约 40 GHz 频率的射频和微波功率。与测量吸收功率的传统高频功率传感器不同，MEMS 器件测量的是通过传感器传输的功率。
引用
@article{arxiv.0707.0637,
title = {Microelectromechanical components in electrical metrology},
author = {Antti Manninen and Anu Karkkainen and Nadine Pesonen and Aarne Oja and Heikki Seppa},
journal= {arXiv preprint arXiv:0707.0637},
year = {2007}
}