[發明專利]一種聲表面波固態電場傳感器

有效

• 申請號: 202010332523.1
• 申請日: 2020-04-24
• 公開（公告）號: CN111650447B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 謝立強;邢建春;劉智榮;張海濤;楊啟亮;朱敏;包文歧
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: G01R29/14
• 分類號: G01R29/14
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 朱遠楓

本發明提供了一種聲表面波固態電場傳感器，包括聲表面波延遲線和敏感電極，聲表面波延遲線包括襯底、壓電元件、叉指換能器和感測區反射柵；壓電元件布置于襯底上表面；敏感電極布置在壓電元件上表面形成感測區，壓電元件上表面還制備有叉指換能器和感測區反射柵，叉指換能器和感測區反射柵相對設置在感測區的兩側，叉指換能器的電端口通過阻抗網絡連接到天線。本發明提供的聲表面波固態電場傳感器內部只有聲表面波的傳播和變換，不需要任何驅動檢測電路，整個感測過程不會對外電場造成任何擾動，可實現對被測電場的無失真感測，且沒有任何可動部件，不會受到環境振動的影響。

技術領域

本發明屬于電場傳感器技術領域，特別是一種可實現無失真感測的聲表面波固態電場傳感器。

背景技術

自然萬象多與電相關，人類的生產生活與電更是息息相關。電場的探測是人類認識和利用電的一種重要手段，特別是在航空航天、氣象、石油化工、電力等領域具有重要的應用需求。通過測量并分析電場的時間變化和空間分布，可以更加深入地研究和解釋與之相關的各類物理現象，進而更好地為人類社會服務。

隨著MEMS（Microelectro Mechanical Systems）技術的快速發展，近年來MEMS電場傳感器成為新的研究熱點。目前國內外研究機構研究的重心主要集中在場磨式MEMS電場傳感器和場驅式MEMS電場傳感器兩個方面。

場磨式MEMS電場傳感器和傳統的場磨式電場儀原理類似，只是將傳統的機械結構芯片化，即將屏蔽電極的運動結構設計成為微梁支撐的質量塊結構，通過靜電力、熱驅動、壓電驅動等方式實現屏蔽電極的振動。如中國發明專利“振動屏蔽式電場傳感器”（申請號：CN201110099538.9，公開日：2011.08.31）所述，其包括成對設置的屏蔽電極和感應電極，通過電致伸縮原理推動屏蔽電極作周期性地往復運動，得到感應電荷和電場的關系。再如中國發明專利“一種基于扭轉振動的互屏蔽式電場傳感器”（申請號：CN201810255986.5，公開日：2018.09.07）所述，在可動扭轉電極扭轉振動時，固定電極和可動扭轉電極之間產生相對運動，兩者相互屏蔽，同時在固定電極和可動扭轉電極上產生感應電荷的變化，以此測量出電場的大小。

場驅式MEMS電場傳感器利用被測電場對微結構的激勵（靜電力驅動、壓電驅動等）而使可動部件運動，再通過電容檢測、壓阻效應、光電檢測等方法檢測運動位移，來實現電場感測。如中國發明專利“基于駐極體的MEMS電場傳感器”（申請號：CN201410281318.1，公開日：2014.09.03）所述，當外加交流電場時金屬細絲會產生相應頻率和振幅的振動，通過檢測金屬細絲和基板上導電細條構成的電容的變化來測量外加交流電場的大小和幅值。

受需求牽引微型電場傳感器是目前MEMS傳感器領域的研究熱點之一，各種各樣的傳感器結構層出不窮，傳感器的性能也得到了很大的提升，有些成果也進行了產品化，實現了小批量生產和應用。然而，也要看到目前MEMS電場傳感器本身固有的問題還沒有得到很好的解決。①因傳感器內部帶有可動部件使其受外部振動的影響很大，盡管通過設計高性能的驅動電路可以改善抗振性，但還不能從根本上解決這個問題。②現有微傳感器的驅動和檢測部件因有電的參與，會對被測電場造成擾動，從而帶來感測誤差，而不能實現無失真感測。因此，開展微型化電場傳感器研究，解決現有傳感器抗干擾能力弱，不能無失真感測的問題，實現微傳感器的高性能應用充滿著機遇與挑戰。

發明內容

針對解決現有微型電場傳感器抗干擾能力弱，不能無失真感測的問題，本發明基于聲表面波技術提出一種可實現電場無失真感測的新型固態電場傳感器。

本發明采用以下技術方案，提供一種聲表面波固態電場傳感器，包括聲表面波延遲線和敏感電極，所述聲表面波延遲線包括襯底、壓電元件、叉指換能器和感測區反射柵；

所述壓電元件布置于所述襯底上表面；所述敏感電極布置在壓電元件上表面形成感測區，所述壓電元件上表面還制備有叉指換能器和感測區反射柵，所述叉指換能器和感測區反射柵相對設置在所述感測區的兩側，所述叉指換能器的電端口通過阻抗網絡連接到天線。