GB/T 35086-2018 MEMS电场传感器通用技术条件

　　ICS 3 1 . 200 L 55

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 35086—2018

　　MEMS电场传感器通用技术条件

　　GeneralspecificationforMEMSelectricfieldsensor

　　2018-05-14 发布 2018-12-01 实施

　　国家市场监督管理总局中国国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 35086—2018

　　GB/T 35086—2018

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本标准由全国微机电技术标准化技术委员会(SAC/TC 336)提出并归口 。

　　本标准起草单位：中国科学院电子学研究所、中机生产力促进中心、西安西谷微电子有限责任公司。

　　本标准主要起草人：夏善红、彭春荣、李海斌、郑凤杰、程红兵、朱悦、白巍。

　　GB/T 35086—2018

　　MEMS电场传感器通用技术条件

　　1 范围

　　本标准规定了 MEMS 电场传感器(以下简称“传感器”)的原材料、结构组成、技术要求、试验项目和方法、检验规则、包装、存储和运输。

　　本标准适用于 MEMS 电场传感器的研制、生产和采购。 其他类型的电场传感器可参照使用。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 191 包装储运图示标志

　　GB/T 2423 . 1—2008 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 A：低温

　　GB/T 2423 . 2—2008 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 B：高温

　　GB/T 2423 . 4 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 Db 交变湿热(12 h+ 12 h 循环)

　　GB/T 2423 . 5 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 Ea 和导则：冲击

　　GB/T 2423 . 10 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 Fc：振动(正弦)

　　GB/T 2423 . 16 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 J 及导则：长霉

　　GB/T 2423 . 17 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 Ka：盐雾

　　GB/T 2423 . 21 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 M：低气压

　　GB/T 2423 . 22—2012 环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 N：温度变化

　　GB/T 2828 . 1 计数抽样检验程序 第 1 部分：按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划GB/T 17626 . 2—2006 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验

　　GB/T 18459—2001 传感器主要静态性能指标计算方法

　　GB/T 26111 微机电系统(MEMS)技术 术语

　　3 术语和定义

　　GB/T 26111 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　MEMS电场传感器 MEMSelectricfieldsensor

　　敏感元件采用微机电系统( MEMS) 技术制造，能感受电场强度并可转换成可用输出信号的传感器。

　　4 原材料

　　除另有规定外，传感器所用的原材料应具有合格证。

　　GB/T 35086—2018

　　5 传感器组成

　　传感器一般由 MEMS 电场敏感元件和信号处理电路等组成，传感器结构分为一体式和分体式两种形式。

　　6 技术要求

　　6 . 1 总则

　　传感器的技术要求应符合本标准的规定。 如有其他规定，可由供需双方协商解决。

　　6 . 2 基本性能

　　6 . 2 . 1 测量范围

　　传感器测量范围的上、下限值的绝对值应从下列数值中选取：

　　a) 下限绝对值：0 V/m、10 V/m、20 V/m、50 V/m、100 V/m、200 V/m、300 V/m、400 V/m、 500 V/ m 、1 000 V/ m ;

　　b) 上 限 绝 对 值：2 kV/m、5 kV/m、10 kV/m、20 kV/m、30 kV/m、50 kV/m、100 kV/m、 200 kV/ m。

　　6 . 2 . 2 零点输出

　　传感器的零点输出( 以满量程输出的百分比表示)应不大于 ±2%。

　　注：如果传感器测量范围不包括零电场时，则本标准所指零点为测量范围下限值(绝对最小值)。

　　6 . 2 . 3 满量程输出

　　传感器的满量程输出应符合产品设计要求。

　　6 . 2 . 4 线性度

　　传感器的线性度应不大于 10%。

　　6 . 2 . 5 重复性

　　传感器的重复性应不大于 10%。

　　6 . 2 . 6 迟滞(回差)

　　传感器的迟滞应不大于 10%。

　　6 . 2 . 7 准确度

　　传感器的准确度应不大于 15%。

　　注：本标准中，传感器的准确度是指在参比工作条件下，线性度加回差加重复性的一种组合，表示实际特性相对于其参比工作特性的偏差皆不超过的一个极限范围。

　　6 . 2 . 8 分辨力

　　传感器的分辨力应不大于 500 V/ m。

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　　6 . 2 . 9 灵敏度

　　传感器的灵敏度输出应符合产品设计要求。

　　6 . 2 . 10 零点漂移

　　传感器的零点漂移应不大于 15%。

　　6 . 2 . 1 1 满量程漂移

　　传感器的满量程漂移应不大于 15%。

　　6 . 2 . 12 热零点漂移

　　传感器的热零点漂移应不大于 0 . 2%/ ℃ 。

　　6 . 2 . 13 功耗

　　传感器的功耗应不大于 1 W。

　　6 . 2 . 14 响应时间

　　传感器的响应时间应不大于 1 s。

　　6 . 3 电气性能

　　6 . 3 . 1 绝缘电阻(规定时)

　　按 7 . 6 . 1 规定进行试验，传感器的绝缘电阻应不小于 100 MΩ(直流 100 V) 。

　　6 . 3 . 2 介质耐电压(规定时)

　　按 7 . 6 . 2 规定进行试验，施加电压为直流 500 V,持续时间 60 s,传感器应无机械损伤、飞弧、电迁移或击穿现象。

　　6 . 4 环境适应性

　　按 7 . 7 规定进行试验，传感器外观应符合 6 . 6 的规定;零点输出应符合 6 . 2 . 2 的规定;绝缘电阻应符合 6 . 3 . 1 的规定 。

　　6 . 5 寿命

　　按 7 . 8 规定进行试验，传感器试验时间：探空一次性使用时 96 h,其他使用时 1 000 h。

　　试验过程中，传感器零点输出应符合 6 . 2 . 2 的规定;线性度应符合 6 . 2 . 4 的规定;准确度应符合 6 . 2 . 7的规定。

　　6 . 6 外观

　　传感器的外观应无明显损伤、无锈斑;零部件无松动和脱落;标志应清晰、完整、正确。

　　6 . 7 外形和安装尺寸

　　当一个详细规范中包含多种外形时，应尽可能给出全部型号的外形尺寸，并至少给出一种典型的外形图。

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　　6 . 8 重量

　　传感器的重量可由用户和供应商协商确定。

　　6 . 9 电磁兼容

　　除另有规定外，传感器应进行静电放电抗扰度试验，满足 GB/T 17626 . 2—2006 规定试验等级的4 级的要求。

　　7 试验项目和方法

　　7 . 1 试验环境条件

　　除另有规定外，所有检验应在标准大气条件下进行：

　　a) 温度：15 ℃ ~35 ℃ ;

　　b) 相对湿度：25%~75% ;

　　c) 气压：86 kPa~106 kPa。

　　7 . 2 测试系统

　　测试系统主要由供电电源、传感器、标准电场箱、控制与检测装置组成，见图 1 。标准电场箱内产生可调均匀电场，传感器测试时放置在标准电场箱内部，使得传感器的被测方向与电场方向一致。

　　图 1 测试系统框图

　　7 . 3 试验的一般规定

　　7 . 3 . 1 证书文件

　　试验用的仪器设备和计量器具应具有计量检定单位签发的有效期内的检定、校准证书。

　　7 . 3 . 2 预热时间

　　试验前，传感器应进行通电预热。 除另有规定外，试验前通电预热 15 min。

　　7 . 4 基本特征

　　7 . 4 . 1 外观

　　目测检查传感器的外观，其结果应符合 6 . 6 的要求。

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　　7 . 4 . 2 外形尺寸

　　用量具检查传感器的外形尺寸，其结果应符合 6 . 7 的要求。

　　7 . 4 . 3 重量

　　用天平测量传感器的重量，其结果应符合 6 . 8 的要求。

　　7 . 5 性能特征

　　7 . 5 . 1 测量范围

　　施加下限电场，每间隔一段时间(3 s~30 s 均可)记录 3 个数据进行算术平均，该电场值为传感器测量范围下限。 施加上限电场，每间隔一段时间记录 3 个数据进行算术平均，该电场值作为传感器测量范围上限值。

　　7 . 5 . 2 零点输出

　　施加零电场，每间隔一段时间(3 s~ 30 s 均可)记录 3 个数据进行算术平均，作为传感器的零点输出。

　　注：如果传感器测量范围不包括零电场，则本标准所指零点为测量范围下限值(绝对值的最小值)。

　　7 . 5 . 3 满量程输出

　　施加下限电场，每间隔一段时间(3 s~30 s 均可)记录 3 个数据进行算术平均，作为传感器输出值ymin 。施加上限电场，记录 3 个数据进行算术平均，作为传感器输出值 ymax , 则按式(1) 计算满量程输出：

　　YFS = ymax - ymin ……………………( 1 )

　　式中：

　　YFS — 传感器满量程输出;

　　ymax —施加上限电场时传感器输出值;

　　ymin —施加下限电场时传感器输出值。

　　7 . 5 . 4 线性度

　　在规定的测量范围内均布取m 个( 除另有规定外，通常取 m=5~11)校准点(含测量范围的上限和下限)，从测量范围下限 E0 开始，按规定的校准点平稳加电场，待稳定后，读取传感器的输出值，一直到测量范围的上限为止。

　　除另有规定外，按 GB/T 18459—2001 中 A2 提供的独立线性度方法作为传感器的参比工作直线，按 GB/T 18459—2001 中 3 . 8 . 7 规定的方法按式(2)计算传感器的线性度：

　　……………………( 2 )

　　式中：

　　△YL, max —传感器的实际特性曲线对参比直线的最大偏差;

　　YFS — 传感器的满量程输出;

　　ξL —传感器的线性度。

　　7 . 5 . 5 重复性

　　在测量范围内均布取m 个( 除另有规定外，通常取 m=5~11)校准点(含测量范围的上限和下限)，

　　GB/T 35086—2018

　　从测量范围下限 E0 开始，按规定的校准点平稳加电场，待稳定后，读取传感器的输出值，一直到测量范围的上限为止。 然后将上限电场再向上波动约 0 . 2%,再回到上限值，此时读取的输出值作为反行程的初始值，按原校准点顺序回校(称反行程)。正 、反行程各n(除另有规定外，取n=3)次 。

　　采用贝塞尔(Bessel)公式分别计算每个校准点上正、反行程子样标准偏差。

　　正行程子样标准偏差按式(3)计算：

　　SUi=槡 ……………………( 3 )

　　式中：

　　SUi—正行程第 i个校准点子样标准偏差(i= 1 , 2 , … ,m);

　　YUij—正行程第 i个校准点第j 次的测量值(i= 1 , 2 , … , m;j= 1 , 2 , … ,n);

　　YUi—第 i个校准点处正行程测量值的平均值(i= 1 , 2 , … ,m)。

　　反行程子样标准偏差按式(4)计算：

　　SDi=槡 ……………………( 4 )

　　式中：

　　SDi —反行程第 i个校准点子样标准偏差(i= 1 , 2 , … ,m);

　　YDij —反行程第 i个校准点第j 次的测量值(i= 1 , 2 , … , m;j= 1 , 2 , … ,n);

　　YDi —第 i个校准点处反行程测量值的平均值(i= 1 , 2 , … ,m)。

　　传感器在整个测量范围内的子样标准偏差按式(5)计算：

　　S=槡 ……………………( 5 )

　　式中：

　　S — 整个测量范围内的子样标准偏差;

　　SUi —正行程第 i个校准点子样标准偏差(i= 1 , 2 , … ,m);

　　SDi —反行程第 i个校准点子样标准偏差(i= 1 , 2 , … ,m)。

　　则重复性按式(6)计算：

　　……………………( 6 )

　　式中：

　　ξR —传感器的重复性;

　　YFS — 传感器的满量程输出;

　　S — 整个测量范围内的子样标准偏差。

　　7 . 5 . 6 迟滞(回差)

　　传感器的迟滞按式(7)计算。

　　……………………( 7 )

　　式中 ：

　　YUi—第 i个校准点处正行程测量值的平均值(i= 1 , 2 , … ,m);

　　YDi—第 i个校准点处反行程测量值的平均值(i= 1 , 2 , … ,m);

　　YFS — 满量程输出值;

　　ξH —传感器的迟滞。

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　　7 . 5 . 7 准确度

　　正行程相对于参比工作直线的系统误差和反行程相对于参比工作直线的系统误差分别采用式(8)

　　和式(9)计算：

　　ΔyLH , Ui i-yi ……………………( 8 )

　　ΔyLH , Di=yDi-yi ……………………( 9 )

　　式中：

　　ΔyLH, Ui— 正行程相对于参比工作直线的系统误差;

　　ΔyLH, Di— 反行程相对于参比工作直线的系统误差;

　　yUi —第 i个校准点处正行程测量值的平均值(i= 1 , 2 , … ,m);

　　yDi —第 i个校准点处反行程测量值的平均值(i= 1 , 2 , … ,m);

　　yi —传感器在第 i个校准点处的参比特性值(i= 1 , 2 , … ,m)。

　　正行程准确度(ξLHR, Ui)和反行程准确度(ξLHR, Di)采用式(10)和式(11)分别计算 ：

　　ξLHR, Ui ……………………( 10 )

　　ξLHR, Di ……………………( 11 )

　　7 . 5 . 8 分辨力

　　根据规定的测量范围，调整电场输入量，施加电场 E0+ΔEstep(E0 即为量程下限，ΔEstep应为规定的分辨力数值)作为基点，读取传感器的输出值 yc0 ;将电场增大到 E0+2×ΔEstep , 读取传感器的输出值yc2 ;重新施加电场 E0+ΔEstep , 将电场减小到量程下限 E0,读取传感器的输出值 yc1 。

　　应满足：yc1

　　7 . 5 . 9 灵敏度

　　传感器输出为线性输出，其参比工作直线的斜率即为灵敏度，按式(13)进行计算：

　　s ……………………( 13 )

　　式中：

　　s —灵敏度;

　　ymax — 参比工作直线决定的上限电场时传感器最大输出值;

　　ymin — 参比工作直线决定的下限电场时传感器最小输出值;

　　xmax —传感器的测量范围上限值;

　　xmin —传感器的测量范围下限值。

　　7 . 5 . 10 零点漂移

　　根据零点输出结果，每隔 5 min记录一次数据，共记录 2 h。 传感器的零点漂移应按式(14)计算：

　　D ……………………( 14 )

　　式中：

　　D0 — 零点漂移;

　　GB/T 35086—2018

　　y0, max —最大漂移处的零点输出;

　　y0 —初始时的零点输出;

　　YFS — 按式(1)计算得到的传感器满量程输出值。

　　7 . 5 . 1 1 满量程漂移

　　根据满量程输出结果，每隔 5 min 记录一次数据，共记录 2 h。 传感器的满量程漂移应按式(15)计算：

　　D ……………………( 15 )

　　式中：

　　DFS — 满量程漂移;

　　yFS, max —最大漂移处的满量程输出;

　　yFS —初始时的满量程输出;

　　YFS — 按式(1)计算得到的传感器满量程输出值。

　　7 . 5 . 12 热零点漂移

　　除另有规定外，传感器放入高低温试验箱内，分别在室温、上限工作温度(温度偏差± 2 ℃)、下限工作温度(温度偏差 ±2 ℃)保温，直至传感器温度稳定(保温时间通常可参考传感器的热容量由用户和供应商协商确定)，记录上述温度时的零点输出值。 热零点漂移按式(16) 计算，取两者最大值作为热零点漂移。

　　……………………( 16 )

　　式中：

　　α —热零点漂移;

　　T1 —室温，单位为摄氏度(℃) ;

　　T2 —为上限工作温度或下限工作温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　Y(T1) — 室温时零点输出值;

　　Y(T2) — 为上限工作温度或下限工作温度的零点输出值;

　　YFS(T1) — 室温时满量程输出值。

　　7 . 5 . 13 功耗

　　施加零电场情况下，分别测量传感器的供电电流和供电电压，根据测量的供电电压和电流值按式(17)计算出功率：

　　W=U× I ……………………( 17 )

　　式中：

　　U — 传感器供电电压，单位为伏(V) ;

　　I —传感器供电电流，单位为安(A) ;

　　W — 传感器功耗，单位为瓦(W) 。

　　注：如果传感器测量范围不包括零电场，则所指零点为测量范围下限值(绝对值的最小值)。

　　7 . 5 . 14 响应时间

　　施加一阶跃电场，同步进行传感器输出信号的采集，输出信号由零输出达到理论输出的 90%时的时间即为电场响应时间。

　　GB/T 35086—2018

　　7 . 6 电气性能试验

　　7 . 6 . 1 绝缘电阻

　　除另有规定外，试验电压为直流 100 V,在被测传感器不供电的条件下，除接地端子之外，用绝缘电阻测试仪测量各电气端子对外壳的绝缘电阻，应不小于 100 MΩ。

　　7 . 6 . 2 介质耐电压

　　除另有规定外，施加电压为直流 500 V,持续时间 60 s。 传感器应无机械损伤、飞弧、电迁移或击穿现象。

　　7 . 7 环境试验

　　7 . 7 . 1 高温贮存

　　按 GB/T 2423 . 2—2008 中 5 . 2 规定的试验方法和如下规定进行试验：

　　a) 温度：贮存温度的上限温度 ±2 ℃ ;

　　b ) 保温时间：48 h。

　　试验后，在试验的标准大气条件下恢复 2 h,然后检查传感器外观，检测零点输出。

　　7 . 7 . 2 低温贮存

　　按 GB/T 2423 . 1—2008 中 5 . 2 规定的试验方法和如下规定进行试验：

　　a) 温度：贮存温度的下限温度 ±2 ℃ ;

　　b ) 保温时间：24 h。

　　试验后，在试验的标准大气条件下恢复 2 h,然后检查传感器外观，检测零点输出。

　　7 . 7 . 3 温度冲击

　　按 GB/T 2423 . 22—2012 规定的试验方法和如下规定进行试验：

　　a) 试验程序：按照 GB/T 2423.22—2012 的第 7 章;

　　b ) 温度：高温为贮存温度的上限温度 ±2 ℃ , 低温为贮存温度的下限温度 ±2 ℃ ;

　　c) 保温时间：应确保传感器达到温度稳定(保温时间通常可参考传感器的热容量由用户和供应商协商确定);

　　d) 转换时间：不大于 3 min;

　　e) 冲击次数：3 次 。

　　试验后，在试验的标准大气条件下恢复 2 h,然后检查传感器外观，检测零点输出。

　　7 . 7 . 4 低气压(规定时)

　　按 GB/T 2423 . 21 规定的试验方法进行试验。 试验过程中，监测传感器供电电压。 试验后，在试验的标准大气条件下恢复 2 h,然后检查传感器外观，检测零点输出。

　　7 . 7 . 5 湿热

　　按 GB/T 2423 . 4 规定的试验方法进行试验。 试验后，在试验的标准大气条件恢复 2 h,然后检查传感器外观，检测零点输出、绝缘电阻。

　　GB/T 35086—2018

　　7 . 7 . 6 振动

　　按 GB/T 2423 . 10 规定的试验方法进行试验。 试验后，在试验的标准大气条件下，然后检查传感器外观，检测零点输出。

　　7 . 7 . 7 冲击

　　按 GB/T 2423 . 5 规定的试验方法进行试验。 试验后，在试验的标准大气条件下，然后检查传感器外观，检测零点输出。

　　7 . 7 . 8 盐雾(规定时)

　　按 GB/T 2423 . 17 规定的试验方法进行试验。 试验后，除另有规定外，可用清水轻轻洗去表面沉积的盐，然后在试验的标准大气条件下恢复 2 h,然后检查传感器外观，检测零点输出。

　　7 . 7 . 9 霉菌(规定时)

　　按 GB/T 2423 . 16 规定的试验方法进行试验，试验后立即检查传感器长霉程度。

　　7 . 8 寿命

　　按如下规定进行试验：

　　a) 试验温度：除另有规定外，试验温度为工作温度上限;

　　b) 试验时间：探空一次性使用时：96 h;其他使用时：1 000 h;

　　c) 供电电压：按 6 . 3 . 2 规定连接施加工作电压。

　　试验中间检测，每隔 4 h测量供电电压;试验后，在试验的标准大气条件下恢复 24 h,然后检测传感器外观、零点输出、线性度、准确度、绝缘电阻。

　　7 . 9 电磁兼容

　　按 GB/T 17626 . 2 规定的试验方法进行试验，测试结果满足 6 . 9 要求。

　　8 检验规则

　　8 . 1 检验分类

　　传感器的检验分为出厂检验和型式检验。

　　8 . 2 检验项目

　　出厂检验和型式检验的检验项目及检验顺序见表 1 。

　　表 1 检验项目

　　GB/T 35086—2018

　　表 1(续)

　　GB/T 35086—2018

　　8 . 3 出厂检验

　　8 . 3 . 1 检验原则

　　传感器的出厂检验由制造商质量检验部门进行逐件检验。

　　8 . 3 . 2 检验判别

　　出厂检验项目全部合格的传感器准予出厂，并应附有产品质量合格证。

　　出厂检验结果若有不合格项时，可对缺陷产品进行修复，修复后的传感器需重新进行检验，检验合格后准予出厂。

　　8 . 4 型式检验

　　8 . 4 . 1 检验原则

　　有下列情况之一时，应进行型式检验：

　　a) 新产品鉴定或定型投产前;

　　b) 产品转厂生产时;

　　c) 正式生产后因结构、材料、工艺有较大改变可能影响产品性能时;

　　d) 产品停产 18 个月以上，恢复生产时;

　　e) 合同中有规定时;

　　f) 产品执行标准有重要修改时;

　　g) 正常生产时，每隔 3 年至少进行一次的检验;

　　h) 国家质量监督机构提出进行型式检验要求时。

　　8 . 4 . 2 抽样方案

　　型式检验按 GB/T 2828 . 1 规定的抽样方案进行，样本数量通常不少于 3 个 。

　　9 标志、包装、储存和运输

　　9 . 1 标志

　　传感器的标志应包括下列内容：

　　a) 型号规格;

　　b) 名称 ;

　　c) 出厂编号;

　　d) 测量范围;

　　e) 生产单位名称或商标;

　　f) 检验批号;

　　g) 敏感方向标识。

　　传感器外壳上标识出上述内容。 当受限于位置时，至少应标 a)、c)、e)、g)项内容，其他内容可标注在包装盒或使用说明书上。

　　9 . 2 包装

　　传感器包装箱内应包括传感器、使用说明书和附件。 包装标志应符合 GB/T 191 的规定。

　　GB/T 35086—2018

　　9 . 3 储存

　　包装好的产品应放在环境温度为- 10 ℃ ~40 ℃和相对湿度不大于 80%的无腐蚀性气体影响的场所。

　　9 . 4 运输

　　产品在运输过程中应有牢固的包装箱，箱外应按 GB/T 191 规定标上“易碎物品”“怕雨”等字样或相应的图案。 装有传感器产品的包装箱允许用常用的交通工具运输，运输中避免剧烈振动、冲击、机械碰撞、雨雪直接淋袭和腐蚀性气体的腐蚀。