[發(fā)明專利]基于駐極體的MEMS電場傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410281318.1
• 申請(qǐng)日: 2014-06-20
• 公開（公告）號(hào): CN104020359A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃景傲;伍曉明;邊濰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R29/12
• 分類號(hào): G01R29/12
• 代理公司: 北京眾合誠成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于駐極體的MEMS電場傳感器。

背景技術(shù)

電場傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科研項(xiàng)目中，如鐵路自動(dòng)系統(tǒng)、飛機(jī)航天器運(yùn)行的電場環(huán)境檢測，高壓輸電線工頻電場分布，精密電子設(shè)備的電磁屏蔽與兼容等等。上述環(huán)境中電場的大小直接影響正常的工作和研究，因此電場的測量十分重要。

電場有頻率和場強(qiáng)兩重特點(diǎn)。從頻率來分，主要有靜電場、低頻電場和高頻電場，每類頻率中根據(jù)電場強(qiáng)度又有強(qiáng)電場有弱電場。根據(jù)電場的頻率特點(diǎn)主要有三類電場傳感器：靜電場傳感器，低頻交流電場傳感器和高頻交流電場傳感器。靜電場測量比較簡單。目前低頻段主要用的是基于天線的電磁感應(yīng)原理來進(jìn)行測量，高頻段多采用晶體的電光效應(yīng)來測量電場；二者都要經(jīng)過光纖系統(tǒng)進(jìn)行傳輸再后續(xù)處理，系統(tǒng)復(fù)雜，敏感度不高，一般體積都很大，不利于集成，且成本很高。

當(dāng)前，MEMS(Micro-Electro-Mechanical?System，微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)快速發(fā)展，逐漸從實(shí)驗(yàn)室走向各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)揮了巨大的應(yīng)用價(jià)值。MEMS通過微加工技術(shù)設(shè)計(jì)出的綜合了機(jī)械和電路的新穎結(jié)構(gòu)，以其批量化、微型化、系統(tǒng)化的獨(dú)特優(yōu)勢，在各個(gè)領(lǐng)域掀起一場新的變革。本發(fā)明將MEMS技術(shù)結(jié)合電場傳感器的需求發(fā)明了一種基于駐極體的MEMS電場傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有傳感器中存在的不足，本發(fā)明提出一種基于駐極體的MEMS電場傳感器，主要由絕緣基板、細(xì)條、細(xì)絲、支撐面、駐極體所組成。

所述絕緣基板水平放置于傳感器底部，導(dǎo)電材料做的細(xì)條通過濺射或粘貼的方式附著在絕緣基板表面上。

所述細(xì)絲由導(dǎo)電材料做成，放置在絕緣基板的細(xì)條的平行上方，一端獨(dú)立固定，另一端能自由運(yùn)動(dòng)，細(xì)絲與細(xì)條構(gòu)成電容的一對(duì)上下極板。

所述支撐面由絕緣材料做成，垂直固定在絕緣基板上，且和細(xì)絲保持一定距離。

所述駐極體粘附于支撐面上，用駐極體膠帶或液態(tài)駐極體勻膠粘附。

所述細(xì)絲和細(xì)條與外部電路相連，外部電路能通過檢測電容的變化周期大小測量出電場的頻率和幅值。

所述傳感器的工作方式如下：

支撐面上的駐極體經(jīng)過駐極之后，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電荷，從而在周圍產(chǎn)生靜電場；放置于中間的細(xì)絲在靜電場的作用下，發(fā)生一個(gè)固定的偏轉(zhuǎn)，即所謂的偏置；在靜電場偏置下的細(xì)絲對(duì)外加電場的敏感性大大增強(qiáng)，細(xì)絲在受到外部的交流電場時(shí)，會(huì)發(fā)生振動(dòng)，且振動(dòng)頻率和幅值對(duì)應(yīng)于外部交流電場的頻率和振幅；細(xì)絲振動(dòng)的時(shí)候與細(xì)條構(gòu)成的電容極板的交疊面積會(huì)發(fā)生變化，細(xì)絲和細(xì)條所構(gòu)成的電容隨之發(fā)生變化，且可變電容大小的周期性的變化反映外部電場的頻率，容值的大小反映外部電場的場強(qiáng)；通過外部電路檢測電容的變化周期大小即能測量出電場的頻率和幅值。

本發(fā)明與已有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)：

1)用駐極體形成了一個(gè)內(nèi)部靜電場，為細(xì)絲提供了初始偏置，使得細(xì)絲收到很小的擾動(dòng)就會(huì)振動(dòng)起來，增強(qiáng)了該系統(tǒng)的靈敏性，尤其是針對(duì)低頻且強(qiáng)度較弱的電場，

2)通過絕緣基板上的導(dǎo)電細(xì)條，巧妙的將細(xì)絲振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電容容值的電信號(hào)，方便檢測與處理。

3)避免了使用光纖系統(tǒng)，成本大大降低；使用MEMS技術(shù)十分有利于系統(tǒng)集成和批量生產(chǎn)。

4)其結(jié)構(gòu)緊湊體積小，測量精度高，便于集成，穩(wěn)定可靠且成本大大降低。

附圖說明

圖1為基于駐極體的MEMS電場傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明提出的一種基于駐極體的MEMS電場傳感器，如圖1所示，主要由絕緣基板、細(xì)條、細(xì)絲、支撐面、駐極體所組成。

絕緣基板水平放置于傳感器底部，導(dǎo)電材料做的細(xì)條通過濺射或粘貼的方式附著在絕緣基板表面上。

細(xì)絲由導(dǎo)電材料做成，放置在絕緣基板的細(xì)條的平行上方，一端獨(dú)立固定，另一端能自由運(yùn)動(dòng)，細(xì)絲與細(xì)條構(gòu)成電容的一對(duì)上下極板。

支撐面由絕緣材料做成，垂直固定在絕緣基板上，且和細(xì)絲保持一定距離。

駐極體粘附于支撐面上，用駐極體膠帶或液態(tài)駐極體勻膠粘附。

細(xì)絲和細(xì)條與外部電路相連，外部電路能通過檢測電容的變化周期大小測量出電場的頻率和幅值。

本傳感器的工作方式如下：