[實(shí)用新型]一種基于電容讀出的微機(jī)電電流傳感裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220668760.6
• 申請日: 2012-12-04
• 公開（公告）號: CN202939208U
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張渤;賈澎濤
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00;B81B3/00
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司 61100
• 代理人: 彭冬英

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種用于非接觸檢測導(dǎo)體中電流大小的一種基于電容讀出的微機(jī)電電流傳感裝置。

背景技術(shù)

現(xiàn)有電流傳感器可以測量各種類型的電流，從直流電到幾十千赫茲的交流電，其所依據(jù)的工作原理主要是霍爾效應(yīng)即電磁感應(yīng)原理，當(dāng)電流垂直于外磁場通過導(dǎo)體時，在導(dǎo)體的垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間會出現(xiàn)電勢差。由于電磁式電流傳感器結(jié)構(gòu)、原理的特性，使得它存在以下幾個致命的缺點(diǎn)：(1)存在絕緣的問題，充油的電磁式電流傳感器使用在高壓環(huán)境時，有可能發(fā)生絕緣擊穿，從而引起對地短路或者突然爆炸的危險；(2)存在磁飽和的問題，電流傳感器鐵芯在被測量電流異常增大的時候，將出現(xiàn)磁飽和，這嚴(yán)重影響了電流傳感器的測量準(zhǔn)確度；(3)存在電磁干擾的問題，在高壓環(huán)境中，電磁式電流傳感器的電流信號通過導(dǎo)線傳輸時將受到嚴(yán)重的電磁干擾，影響測量準(zhǔn)確度；(4)成本問題，電磁式電流傳感器的成本隨著被測量電流和電壓等級的增大，成指數(shù)增加。這些電磁式電流傳感器的缺點(diǎn)是由其基本結(jié)構(gòu)造成的，是無法從根本上改變的。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型提供一種基于電容讀出的微機(jī)電電流傳感裝置，本實(shí)用新型通過感應(yīng)被測導(dǎo)體內(nèi)部電流所產(chǎn)生的磁場，測量電容大小讀出，間接測量電流大小。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：一種基于電容讀出的微機(jī)電電流傳感裝置，包括上、下層基底（1）、固定電極（2）、可動電極（3）、磁感應(yīng)材料（4）和質(zhì)量塊與梁（5），上、下層基底（1）內(nèi)腔設(shè)有固定電極（2），上、下層基底（1）之間設(shè)有質(zhì)量塊與梁（5），所述的質(zhì)量塊與梁（5）由中心質(zhì)量塊與四角的X型微形梁構(gòu)成，質(zhì)量塊與梁（5）上設(shè)有磁感應(yīng)材料（4）和可動電極（3），上、下基底（1）鍵合連接。

固定電極（2）上設(shè)有阻擋器（6）。

本實(shí)用新型是一種在可變電流所激發(fā)的磁場下，微型磁感應(yīng)質(zhì)量塊可隨磁場力大小移動，移動大小由可變電容檢測的一種基于電容讀出的微機(jī)電電流傳感裝置，通過傳感器內(nèi)部附著磁感應(yīng)材料的集中質(zhì)量塊，感應(yīng)被測導(dǎo)體內(nèi)電流所產(chǎn)生的磁場，由被測電流所產(chǎn)生的磁場力使與磁性材料質(zhì)量塊所連接的微型四梁對稱結(jié)構(gòu)變形，使與微型梁相連接的平板質(zhì)量塊上或下移動，平板質(zhì)量塊上下表面附有導(dǎo)電電極作為可動電容極板，在平板質(zhì)量塊電極所對應(yīng)的基底位置附有不可移動的固定電容極板，這樣平板質(zhì)量塊的可動電極與基底的固定電極就形成了差動電容輸出器，電容的輸出大小與平板質(zhì)量塊的移動幅度成線性關(guān)系，即輸出電容大小與感應(yīng)的磁場力大小成線性關(guān)系，最終可由輸出的電容大小變化間接表征被測電流的大小。

本實(shí)用新型非接觸微機(jī)電電流檢測結(jié)構(gòu)原理簡單，具有對稱結(jié)構(gòu)，性能穩(wěn)定，測量范圍寬，精度高，體積小，功耗小，可利用基本的半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝大規(guī)模加工等特點(diǎn)。本實(shí)用新型可通過微機(jī)械加工技術(shù)大批量生產(chǎn)，成本低廉，使用壽命長。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單合理，體積小巧優(yōu)點(diǎn)，線性度好。可以根據(jù)被測電流的頻率、量程，改變微型懸臂梁結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行頻率匹配。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

一種基于電容讀出的微機(jī)電電流傳感裝置，包括上、下層基底1、固定電極2、可動電極3、磁感應(yīng)材料4和質(zhì)量塊與梁5，上、下層基底1內(nèi)腔設(shè)有固定電極2，上、下層基底1之間設(shè)有質(zhì)量塊與梁5，所述的質(zhì)量塊與梁5由中心質(zhì)量塊與四角的X型微形梁構(gòu)成，質(zhì)量塊與梁5上設(shè)有磁感應(yīng)材料4和可動電極3，上、下基底1鍵合連接。

本實(shí)用新型通過以下方式實(shí)施：在清洗后的硅基底1上涂覆光刻膠，通過光刻形成圖案，再通過等離子干法刻蝕形成腔體，通過濺射工藝在基底形成固定電極2，再涂覆PSG膜作為犧牲層，利用光刻技術(shù)在PSG膜上形成圖案，采用等離子干法刻蝕去除PSG被曝光部分，在于基底固定電極對應(yīng)的位置沉積一層電極作為電容可動電極3，再沉積一層磁性材料4感應(yīng)外界磁場大小，然后沉積氮化硅膜作為集中質(zhì)量塊與梁5，再利用光刻在氮化硅表面形成梁結(jié)構(gòu)圖案，再次通過刻蝕去除梁結(jié)構(gòu)以外的氮化硅，在氮化硅另一側(cè)表面沉積同樣的磁性材料4與可動電極3，通過濕法刻蝕去除犧牲層釋放質(zhì)量塊與梁5結(jié)構(gòu)，然后將另外一塊帶有固定電極2的基底1與之進(jìn)行鍵合連接，質(zhì)量塊與梁5與硅基底1間距由PSG層的厚度決定。本實(shí)用新型的工作原理是由磁感應(yīng)材料4感應(yīng)由被測導(dǎo)體內(nèi)部電流所生的磁場，產(chǎn)生相應(yīng)大小的磁場力，使微型懸臂梁產(chǎn)生彎曲，同時使質(zhì)量塊隨微型懸臂梁發(fā)生移動，那么在質(zhì)量塊兩側(cè)的可動電極3與基底1上的固定電極2間距離將發(fā)生變化，一側(cè)增大一側(cè)減小，形成差動電容讀出信號，該電容大小信號將與傳感器內(nèi)部磁感應(yīng)材料4感應(yīng)的磁場力大小成線性變化，即電容大小能夠間接測量被測電流的大小。為防止磁場力過大損壞懸臂梁結(jié)構(gòu)，在懸臂梁自由端固定電極2上設(shè)有阻擋器6。