近日，電子科技大學(xué)王曾暉和國防科技大學(xué)吳學(xué)忠、肖定邦團隊合作，在一款國產(chǎn)MEMS傳感器中深入探索了非線(xiàn)性狀態(tài)下模態(tài)耦合帶來(lái)的獨特效應，并基于此成功實(shí)現了模擬傳感信號的「自放大」與「數字化」，為進(jìn)一步提升傳感器性能提出了新的思路。文章在線(xiàn)發(fā)表于《自然 通訊》。
微機電（MEMS）傳感器技術(shù)近年來(lái)迅猛發(fā)展，被廣泛應用于無(wú)人駕駛汽車(chē)、智能機器人、裝備智能運維系統、國防安全等領(lǐng)域。隨著(zhù)現代社會(huì )生產(chǎn)生活和國防工業(yè)對MEMS傳感器的需求日益提升：例如無(wú)人駕駛汽車(chē)自主導航需要高精度的MEMS陀螺和MEMS加速度計，軌道交通裝備和風(fēng)電裝備的健康狀況監測需要大帶寬低噪聲MEMS振動(dòng)傳感器，這些不斷涌現的新應用對MEMS傳感器的靈敏度等提出了極其嚴苛的要求。
針對這些挑戰，論文作者們對國防科大開(kāi)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化實(shí)現批量生產(chǎn)，并在多種國產(chǎn)設備中得到廣泛應用，部分實(shí)現了對國外產(chǎn)品的國產(chǎn)替代。研究者們通過(guò)對MEMS傳感器在非線(xiàn)性區域的精密測量，發(fā)現了一系列獨特的模態(tài)耦合效應；進(jìn)一步，研究者們提出運用諧振腔光力學(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特的非線(xiàn)性模態(tài)耦合效應，進(jìn)而提出了基于該效應的傳感信號自放大(amplification)和數字化(digitization)原理，并實(shí)驗驗證了這些效應能夠大幅提升MEMS傳感器的性能。
MEMS諧振器及不同模態(tài)的非線(xiàn)性響應 ｜ 圖片來(lái)源及版權：Nature Communications及論文作者
MEMS諧振式傳感器通過(guò)非線(xiàn)性模態(tài)耦合實(shí)現的信號自放大(amplification)和數字化(digitization)效應 ｜ 圖片來(lái)源及版權：Nature Communications及論文作者
這項研究成果對如何利用非線(xiàn)性效應和模態(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，對進(jìn)一步發(fā)掘現有MEMS傳感器的潛力，以及開(kāi)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
