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MEMS电场传感器在航空航天、气象、电网、工业、国防等邻域有着广泛的应用。而在探空、电网环境监测等实际使用中，需要对电场的三维矢量进行测量。近年来，MEMS三维电场传感器成为MEMS电场传感器研究工作关注的重点之一。本文针对三维电场探测，研究了MEMS三维电场传感器的设计、制造以及实验测试。 本文基于MEMS及芯片集成技术，提出了两种微型三维电场传感器设计方案，并成功研制出传感器样机。方案一，以谐振式电场传感器芯片为敏感单元，结合柔性折叠工艺设计并实现了三维电场传感器整体结构，减小了传感器的质量与体积。研究了空间三维电场对谐振式电场传感器芯片的耦合影响，提出了以传感器系统灵敏度矩阵标定为基础的空间三维电场解耦算法。方案二，以新型的对称电极式电场传感器芯片单元为基础，研制出MEMS三维电场传感器。该方案解决了谐振式电场传感器在三维电场测试过程中容易受到电场耦合影响的缺点，通过理论计算，对所设计的对称电极式电场传感器的驱动力、工作模态、感应电极进行了分析;设计了条状电极以及叉指电极两种感应电极，通过有限元仿真对比了两种电极感应电场的能力，并优化了结构设计参数，提高了传感器感应电场的能力，利用有限元仿真分析了传感器在不同方向电场分量作用下感应电荷大小，验证了传感器结构设计的准确性。本文模拟了在各种不同外界条件下三维电场传感器结构形变的大小，分析了形变对测量精度的影响，提出减小三维电场传感器结构形变的方法。针对不同测量空间三维电场的方案进行对比分析。 对影响传感器输出信号的串扰耦合噪声进行了分析，针对传感器输出信号的特点，设计了弱信号放大处理电路，并且搭建了三维电场传感器测试系统。 常温常压下对传感器进行了测试。实验表明，在0-50KV/m的范围内，方案一的测量误差优于3.61％;所设计的对称电极式电场传感器芯片的线性度为1.74％，灵敏度为1.358mv/(kV/m);用该芯片替代方案一中的敏感芯片，组装形成第二种三维电场传感器，在0-30kv/m的范围内，测量误差优于9.13％。