电场的精确测量，对于很多应用都非常重要，例如天气预报、工业设备的过程控制或者是高压电缆工作人员的安全问题等。然而从技术角度来说，精确的电场测量并非易事。
据麦姆斯咨询报道，一支来自维也纳技术大学（tu wien）的研究团队突破当前其它测量设备所采用的设计原理，开发了一款硅基mems电场测量传感器。通过和克雷姆斯多瑙河大学（danube university krems）集成传感器系统研究院的合作，这款传感器的主要设计优势是它不会干扰正在测量的电场。该研究成果发表于近期出版的nature electronics杂志。
mems电场传感器的测量原理
“目前用于测量电场强度的设备具有一些显著的缺陷，” tu wien传感器和执行器系统研究院的andreas kainz解释称，“这些设备均包含带电部件。在测量时，这些导电金属组件会显著影响被测电场；如果设备需要接地以提供测量参考值，那么这种影响会被进一步放大。”因此这种电场测量设备往往相对不太实用，并且运输也较困难。
tu wien开发的这款mems传感器采用硅材料制造，并且基于非常简单的原理：一个微型弹簧，以及固定在该弹簧上用于测量微米量级移动的微型网格状硅结构。当硅结构处于一个电场中时，在硅晶上会产生一定的作用力，使弹簧发生轻微的延展或压缩。
a. 这款mems电场传感器的测量原理：一个质量块（m）悬置于一个弹性元件（刚性k）上，而弹性元件固定于一个导电的固定框架上。当置于电场（e）中时，静电感应会在质量块上产生一个作用力（f es）。质量块在这个作用力下会产生一定的位移（δx），再利用光学原理对位移进行测量；b. 该器件的剖视图，展示了led发射的光，可以穿过网格状硅结构和孔洞之间的间隙，投射到下方的光电二极管上，质量块的移动改变了不透光区域和孔洞之间的间隙，从而改变了led发射光能够到达光电探测器的进光量；c. 这款mems电场传感器的3d视图；d. 这款mems电场传感器的扫描电镜图
质量块细微的位移如何测量呢，研究人员设计了一种光学解决方案：在可动网状硅结构的上方再设置一层网状结构，上下两层网状结构的孔洞精准的排列，上层的开孔和下层的不透光区域精确对准，也就是说在下层网状硅结构没有发生位移时，led光是无法穿透这两层硅结构的。当传感器置于一个电场中时，下层网状硅结构在静电力作用下发生了位移，使上下两层网状结构之间有了缝隙，led光便能从缝隙中穿过到达下方的光电探测器上。通过测量进光量，利用合适的校准器件便能计算出这个电场的强度。
原型器件的精确度令人振奋
来源：微迷网
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