近日，電子科技大學(xué)王曾暉和國(guó)防科技大學(xué)吳學(xué)忠、肖定邦團(tuán)隊(duì)合作，在一款國(guó)產(chǎn)MEMS傳感器中深入探索了非線性狀態(tài)下模態(tài)耦合帶來(lái)的獨(dú)特效應(yīng)，并基于此成功實(shí)現(xiàn)了模擬傳感信號(hào)的「自放大」與「數(shù)字化」，為進(jìn)一步提升傳感器性能提出了新的思路。文章在線發(fā)表于《自然 通訊》。
微機(jī)電（MEMS）傳感器技術(shù)近年來(lái)迅猛發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于無(wú)人駕駛汽車、智能機(jī)器人、裝備智能運(yùn)維系統(tǒng)、國(guó)防安全等領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)生活和國(guó)防工業(yè)對(duì)MEMS傳感器的需求日益提升：例如無(wú)人駕駛汽車自主導(dǎo)航需要高精度的MEMS陀螺和MEMS加速度計(jì)，軌道交通裝備和風(fēng)電裝備的健康狀況監(jiān)測(cè)需要大帶寬低噪聲MEMS振動(dòng)傳感器，這些不斷涌現(xiàn)的新應(yīng)用對(duì)MEMS傳感器的靈敏度等提出了極其嚴(yán)苛的要求。
針對(duì)這些挑戰(zhàn)，論文作者們對(duì)國(guó)防科大開發(fā)的一款MEMS傳感器核心諧振器部分進(jìn)行了深入研究。該MEMS傳感器目前已完成成果轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，并在多種國(guó)產(chǎn)設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，部分實(shí)現(xiàn)了對(duì)國(guó)外產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)替代。研究者們通過(guò)對(duì)MEMS傳感器在非線性區(qū)域的精密測(cè)量，發(fā)現(xiàn)了一系列獨(dú)特的模態(tài)耦合效應(yīng)；進(jìn)一步，研究者們提出運(yùn)用諧振腔光力學(xué)(cavity optomechanics)的研究思路來(lái)分析這一諧振體系，揭示并闡明了其中獨(dú)特的非線性模態(tài)耦合效應(yīng)，進(jìn)而提出了基于該效應(yīng)的傳感信號(hào)自放大(amplification)和數(shù)字化(digitization)原理，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這些效應(yīng)能夠大幅提升MEMS傳感器的性能。
MEMS諧振器及不同模態(tài)的非線性響應(yīng) ｜ 圖片來(lái)源及版權(quán)：Nature Communications及論文作者
MEMS諧振式傳感器通過(guò)非線性模態(tài)耦合實(shí)現(xiàn)的信號(hào)自放大(amplification)和數(shù)字化(digitization)效應(yīng) ｜ 圖片來(lái)源及版權(quán)：Nature Communications及論文作者
這項(xiàng)研究成果對(duì)如何利用非線性效應(yīng)和模態(tài)耦合進(jìn)一步提升MEMS傳感器的性能提供了新的思路和參考，對(duì)進(jìn)一步發(fā)掘現(xiàn)有MEMS傳感器的潛力，以及開發(fā)新型高精度高性能MEMS傳感器都具有積極意義。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-29995-x
--作者供稿
