[發(fā)明專利]一種具有自動(dòng)清潔功能的MEMS電場測量裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011643060.7
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112816799A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐凱;郎需強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 北京信息科技大學(xué)
• 主分類號: G01R29/12
• 分類號: G01R29/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開一種具有自動(dòng)清潔功能的MEMS電場測量裝置，該裝置不采取封裝結(jié)構(gòu)密封，而是采用屏蔽電極和感應(yīng)電極都可運(yùn)動(dòng)，且具有高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)功能，通過高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)裝置自動(dòng)清潔的功能。解決了MEMS電場測量結(jié)構(gòu)不加封裝易受到外界環(huán)境中灰塵的影響，加封裝又影響測量精度的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電場測量裝置，特別涉及一種具有自動(dòng)清潔功能的MEMS電場測量裝置，屬于電場測量領(lǐng)域。

背景技術(shù)

靜電場測量可應(yīng)用在雷電預(yù)警、靜電監(jiān)測與防護(hù)、目標(biāo)探測領(lǐng)域。主要有直接感應(yīng)式測量法、振動(dòng)電容式測量法、旋葉式測量法和MEMS電場測量方法，其中直接感應(yīng)式測量方法不能持續(xù)測量，振動(dòng)電容法測量準(zhǔn)確度受到多種因素制約，旋葉式測量方法較準(zhǔn)確，可持續(xù)測量，但是體積較大，MEMS電場測量方法具有體積小，準(zhǔn)確度較高的優(yōu)點(diǎn)。

MEMS電場測量原理是通過MEMS傳感結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)屏蔽電極對感應(yīng)電極的相對運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對感應(yīng)電極的屏蔽與去屏蔽，使得感應(yīng)電極輸出電流與外界電場的絕對值相關(guān)，從而可連續(xù)測得外界電場。但由于MEMS結(jié)構(gòu)容易受到外界環(huán)境中灰塵的影響，導(dǎo)致屏蔽電極與感應(yīng)電極短路或不能正常運(yùn)動(dòng)，因此，通常在MEMS結(jié)構(gòu)外側(cè)加裝封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行密封。但無論是非金屬封裝結(jié)構(gòu)還是金屬封裝結(jié)構(gòu)，都會(huì)使得MEMS傳感結(jié)構(gòu)無法直接感知外界電場，而是感知的外界電場和封裝結(jié)構(gòu)上電荷導(dǎo)致的合電場，準(zhǔn)確度下降，使得MEMS電場測量方法的應(yīng)用受到一定限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是MEMS電場測量結(jié)構(gòu)不加封裝容易受到外界環(huán)境中灰塵的影響，加封裝又影響測量精度的問題。

本發(fā)明公開的一種具有自動(dòng)清潔功能的MEMS電場測量裝置發(fā)明目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明公開的一種具有自動(dòng)清潔功能的MEMS電場測量裝置，不采取封裝結(jié)構(gòu)密封，而是采用屏蔽電極和感應(yīng)電極都可運(yùn)動(dòng)，且具有高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)功能，通過高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)裝置自動(dòng)清潔的功能，具體功能模塊如下：

一種具有自動(dòng)清潔功能的MEMS電場測量裝置由屏蔽電極、屏蔽電極驅(qū)動(dòng)電極、屏蔽電極支撐、感應(yīng)電極、感應(yīng)電極驅(qū)動(dòng)電極、感應(yīng)電極支撐、信號調(diào)理電路和控制電路組成。

其中，屏蔽電極可在屏蔽電極驅(qū)動(dòng)電極驅(qū)動(dòng)下沿屏蔽電極支撐往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能，第一個(gè)功能是對感應(yīng)電極的屏蔽與去屏蔽，第二個(gè)功能是通過自身的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對灰塵的去除。

感應(yīng)電極可在感應(yīng)電極驅(qū)動(dòng)電極驅(qū)動(dòng)下沿感應(yīng)電極支撐往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能，第一個(gè)功能是配合屏蔽電極的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)更大振幅的感應(yīng)電極的屏蔽與去屏蔽，第二個(gè)功能是通過自身的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對灰塵的去除。

屏蔽電極驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極驅(qū)動(dòng)電極分別有兩個(gè)工作頻率，頻率1是測量頻率，頻率2是清潔頻率，其中頻率2比頻率1高。

信號調(diào)理電路對感應(yīng)電極輸出的感應(yīng)電流進(jìn)行放大、濾波和輸出，實(shí)現(xiàn)對感應(yīng)信號的調(diào)理。

控制電路控制屏蔽電極驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極驅(qū)動(dòng)電極的工作模式和工作頻率。

本發(fā)明公開的一種具有自動(dòng)清潔功能的MEMS電場測量裝置具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟一：在控制電路控制下，屏蔽電極在屏蔽電極驅(qū)動(dòng)電極驅(qū)動(dòng)下沿屏蔽電極支撐往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)頻率為頻率1，同時(shí)感應(yīng)電極在感應(yīng)電極驅(qū)動(dòng)電極驅(qū)動(dòng)下沿感應(yīng)電極支撐往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)頻率為頻率1；

步驟二：在步驟一的前提下，裝置工作為測量模式，信號調(diào)理電路對感應(yīng)電極輸出的感應(yīng)電流進(jìn)行放大、濾波和輸出，實(shí)現(xiàn)對感應(yīng)信號的調(diào)理輸出；

步驟三：步驟一和步驟二持續(xù)5s后，在控制電路控制下，屏蔽電極在屏蔽電極驅(qū)動(dòng)電極驅(qū)動(dòng)下沿屏蔽電極支撐往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)頻率為頻率2，同時(shí)感應(yīng)電極在感應(yīng)電極驅(qū)動(dòng)電極驅(qū)動(dòng)下沿感應(yīng)電極支撐往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)頻率為頻率2；