[實(shí)用新型]一種MEMS電場(chǎng)傳感器及其無線供能系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201721672787.1
• 申請(qǐng)日: 2017-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN207895003U
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范亞洲;余占清;黃嬪斌;牟亞;甄志明;王曉蕊;溫帶銀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局;清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R29/12
• 分類號(hào): G01R29/12;H02J50/20
• 代理公司: 北京知聯(lián)天下知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11594
• 代理人: 王沖;吳鑫

一種MEMS電場(chǎng)傳感器的無線供能系統(tǒng)及MEMS電場(chǎng)傳感器。無線供能系統(tǒng)包括信號(hào)源、功率放大器、發(fā)射天線、接收天線、后端電路；信號(hào)源產(chǎn)生的高頻交流信號(hào)經(jīng)過功率放大器放大，然后經(jīng)過發(fā)射天線轉(zhuǎn)換為高頻電磁波，接收天線接收高頻電磁波并轉(zhuǎn)為了電能，后端電路經(jīng)過一系列的整流、濾波、電壓電流轉(zhuǎn)換為滿足后端負(fù)載所需的電能；其中接收天線、后端電路和電場(chǎng)感應(yīng)芯片、信號(hào)處理電路共同組成MEMS電場(chǎng)傳感器。該電場(chǎng)傳感器采用無線供能方案，解決了長(zhǎng)期持續(xù)工作的供能問題，并且保證了電位隔離；同時(shí)，集成傳感器體積微小，引起的電場(chǎng)畸變程度小，測(cè)量準(zhǔn)確度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于電力技術(shù)領(lǐng)域，涉及到電場(chǎng)傳感器，特別涉及一種無線供能的MEMS電場(chǎng)傳感器。

背景技術(shù)

高壓輸電線路地面電磁場(chǎng)強(qiáng)度是確定線路最小對(duì)地高度及規(guī)劃線路走廊寬度的重要依據(jù)。高壓輸電線路下的電磁環(huán)境受到越來越多的關(guān)注，特別是高壓線下的電場(chǎng)強(qiáng)度，已成為環(huán)境保護(hù)和電磁兼容技術(shù)領(lǐng)域中不可忽視的問題。合成電場(chǎng)是高壓輸電線路運(yùn)行狀態(tài)、輸電線路附近電磁環(huán)境的直接反應(yīng)，對(duì)于輸電線路的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷、雷電預(yù)警、電力系統(tǒng)設(shè)備的絕緣設(shè)計(jì)等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用價(jià)值。準(zhǔn)確測(cè)量獲取輸電線路附近空間的電場(chǎng)值，是了解輸電線路工程限制、監(jiān)測(cè)輸電線路工作狀態(tài)的基本工具，也是評(píng)估輸電系統(tǒng)電磁環(huán)境的重要方法。

輸電線附近電場(chǎng)測(cè)量方法常用的主要有旋轉(zhuǎn)靜電計(jì)、旋轉(zhuǎn)場(chǎng)磨儀、柱狀電場(chǎng)探針、光電傳感器、微機(jī)電系統(tǒng)電場(chǎng)傳感器等。這些傳感器大多體積較大，引起電場(chǎng)較大畸變，電位不獨(dú)立，測(cè)量的對(duì)象是地面合成場(chǎng)強(qiáng)，針對(duì)空間全場(chǎng)域內(nèi)的測(cè)量需求存在局限性。旋轉(zhuǎn)場(chǎng)磨儀主要由可動(dòng)的遮蔽葉片和位于遮蔽葉片下方的感應(yīng)葉片構(gòu)成，遮蔽葉片周期性旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)葉片產(chǎn)生幅值與待測(cè)電場(chǎng)強(qiáng)度成正比的正弦信號(hào)。由于離子注入電流和感應(yīng)電流存在相位差，通過后端濾波技術(shù)可以測(cè)得地面含離子流的合成電場(chǎng)。柱狀電場(chǎng)探針是依據(jù)旋轉(zhuǎn)場(chǎng)磨儀的原理發(fā)展而來，利用一定高度的探針使得畸變后的電場(chǎng)等于原空間電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了空間電場(chǎng)的測(cè)量，但是只能用于特定高度的電場(chǎng)測(cè)量。光電集成傳感器利用了泡耳克斯效應(yīng)，即利用晶體在電場(chǎng)作用下的折射求得外加電場(chǎng)。但是光電集成傳感器需要配合光纖使用，不能做到電位完全獨(dú)立，難以實(shí)現(xiàn)空間電場(chǎng)的測(cè)量。微機(jī)電系統(tǒng)傳感器具有體積小、功耗低、集成度高、空間分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。

MEMS電場(chǎng)傳感器是采用微電子和微機(jī)械加工技術(shù)制造出來的新型傳感器。具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產(chǎn)、易于集成和實(shí)現(xiàn)智能化的特點(diǎn)。同時(shí)，微米量級(jí)的特征尺寸使得它可以完成某些傳統(tǒng)機(jī)械傳感器所不能實(shí)現(xiàn)的功能。我國(guó)中國(guó)科學(xué)院電子所已經(jīng)研究出基于MEMS技術(shù)的地面大氣電場(chǎng)傳感器、探空大氣電場(chǎng)傳感器、三維電場(chǎng)傳感器和智能電網(wǎng)應(yīng)用電場(chǎng)傳感器。但是目前這些MEMS電場(chǎng)傳感器都是用電池供能，存在更換電池帶來的安全隱患問題，不能實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

實(shí)用新型內(nèi)容

解決現(xiàn)有技術(shù)方案的缺陷與不足，本實(shí)用新型提出一種MEMS電場(chǎng)傳感器的無線供能系統(tǒng)，采用無線供能方式，滿足了遠(yuǎn)距離下能量的無線傳輸，使得傳感器電位完全獨(dú)立，便于合成空間電場(chǎng)的測(cè)量；采用IOS集成方案設(shè)計(jì)，傳感器整體尺寸小至1cm³，在合成電場(chǎng)中引起的畸變問題可以忽略，實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)的精確測(cè)量。

本實(shí)用新型的MEMS電場(chǎng)傳感器的無線供能系統(tǒng)的技術(shù)方案如下：系統(tǒng)包括信號(hào)源、功率放大器、發(fā)射天線、接收天線、電源后端處理電路和負(fù)載；其中，信號(hào)源發(fā)生的高頻交流信號(hào)經(jīng)過功率放大器放大，然后經(jīng)過發(fā)射天線發(fā)出高頻電磁波，高頻電磁波在自由空間中傳播，接收天線接收射頻能量并轉(zhuǎn)為電能，經(jīng)過電源后端處理電路一系列的整流、濾波，電壓電流變化為滿足負(fù)載所需的電壓電流的能量形式后穩(wěn)壓輸出。

本實(shí)用新型提出一種MEMS電場(chǎng)傳感器，該傳感器包括外殼；外殼的長(zhǎng)方體上表面和下表面為金屬板，用于積累離子流中的電荷；金屬板內(nèi)側(cè)為絕緣材料；四周為天線部分，利用所述絕緣材料將金屬板和天線部分電氣隔離。