【摘 要】
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地震检波器被广泛应用在地球物理勘探、自然灾害(地震、海啸等)预测分析研究、边防监控、铁路、桥梁、隧道、大型建筑物等的安全监测等领域。其中基于电化学原理的地震传感器
【出 处】
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中国科学院研究生院 中国科学院大学
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地震检波器被广泛应用在地球物理勘探、自然灾害(地震、海啸等)预测分析研究、边防监控、铁路、桥梁、隧道、大型建筑物等的安全监测等领域。其中基于电化学原理的地震传感器具有灵敏度高、低功耗、低噪声、动态范围宽、低频性能好和工作温度范围宽等优点,是近年来备受关注的地震检波器之一。但现有的电化学地震传感器采用传统加工工艺而成,难以批量化生产,使其成本高、一致性差。本论文提出一种新型的平面叉指电极结构的电化学地震传感器,对其设计、加工及测试方面进行系统研究。
结合超微电极电化学和流体动力学的基本原理,建立了表征电化学地震传感器的敏感单元——电化学增益器的敏感模型,并确定了其工作时的边界条件,推导出电化学地震传感器的电极电流与电极面积、流体速度、溶液浓度等影响因素之间的关系。
采用MEMSCAP软件设计了平面叉指型电化学增益器的微电极结构,建立了该结构的有限元分析模型,通过COMSOL Multiphysics软件计算仿真了传感器敏感单元的工作过程。为进一步提高灵敏度,提出并设计了叠层流道的方案,并针对敏感结构设计了流体腔的结构。
采用MEMS工艺制作了平面微电极电化学地震传感器的芯片,对所涉及的深刻蚀(DRIE)、绝缘层制作和铂电极制作等关键工艺参数进行了优化,通过磁控溅射和电镀工艺,增加微电极的厚度,降低电极阻抗,提高传感器信噪比。
利用电化学工作站,测试分析了平面微电极电化学地震检波器的电化学特性;在振动试验台上完成了器件的灵敏度、噪声、频率响应和动态范围等特性的测试,并对测试结果进行了分析。
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