[發(fā)明專利]一種機(jī)載下投式導(dǎo)航型MEMS電場探空儀

在審

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• 申請日: 2023-04-20
• 公開（公告）號: CN116540328A
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄒曉亮;陳書馳;鐘吉;孫思婷;郭振杰;張亞乾;黃曉杰;胡劍橋;彭春榮;聞小龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍32021部隊;航天新氣象科技有限公司;中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院
• 主分類號: G01W1/08
• 分類號: G01W1/08;G01W1/04;G01S19/14
• 代理公司: 北京智沃律師事務(wù)所 11620
• 代理人: 吳志宏

1.一種機(jī)載下投式導(dǎo)航型MEMS電場探空儀，其特征在于，包括設(shè)置于探空儀內(nèi)部的MEMS電場傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器、氣象要素采集控制模塊、GNSS導(dǎo)航定位模塊、主控模塊、發(fā)射天線、降落傘和防靜電外殼。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)載下投式導(dǎo)航型MEMS電場探空儀，其特征在于，還包括設(shè)置于所述探空儀內(nèi)部的MEMS電場傳感器感應(yīng)電極和設(shè)置于所述探空儀內(nèi)部的MEMS電場傳感器采集器；

所述MEMS電場傳感器感應(yīng)電極，固定在所述探空儀外殼的內(nèi)表面，用于獲取大氣中感應(yīng)的被測電場，并將所述被測電場的電場信號以感應(yīng)電荷的方式傳導(dǎo)至所述MEMS電場傳感器采集器；

所述MEMS電場傳感器采集器，對所述MEMS電場傳感器感應(yīng)電極傳來的電場信號進(jìn)行采集，所述電荷信號被調(diào)制后，轉(zhuǎn)化為交流電流信號，并對所述交流電流信號進(jìn)行電流/電壓轉(zhuǎn)換、放大、濾波及解調(diào)處理，實現(xiàn)對大氣電場強(qiáng)度的測量；

還包括：MEMS微型電場傳感器感應(yīng)電極采用航空鋁鎂合金輕型金屬材料；電極的一面為曲面用于共形電場探空儀的外殼，另一面為平面用于安裝；

所述電場探空儀的外殼底部，具有四個矩形窗口，其中相互對應(yīng)的一對窗口用于每個傳感器通風(fēng)感應(yīng)大氣環(huán)境，另外相互對應(yīng)的一對窗口用于安裝所述感應(yīng)電極。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)載下投式導(dǎo)航型MEMS電場探空儀，其特征在于，所述MEMS電場傳感器采集器包括MEMS電場敏感芯片元件和信號處理電路；

所述MEMS電場傳感器采集器的MEMS電場敏感芯片元件，對所述MEMS電場傳感器感應(yīng)電極傳來的電場信號進(jìn)行采集，所述MEMS電場敏感芯片元件調(diào)制所述電場信號，將所述電場信號轉(zhuǎn)化為所述交流電流信號；

所述MEMS電場傳感器的信號處理電路為所述MEMS電場敏感芯片元件提供交流驅(qū)動電壓，對所述電場信號進(jìn)行電流/電壓轉(zhuǎn)換、放大、濾波及相關(guān)解調(diào)處理。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)載下投式導(dǎo)航型MEMS電場探空儀，其特征在于，所述MEMS電場敏感芯片元件采用諧振式共面電極型芯片，包括屏蔽電極、感應(yīng)電極、驅(qū)動電極和彈性折梁；

所述屏蔽電極與所述彈性折梁相連構(gòu)成水平振動微結(jié)構(gòu)，通過在所述驅(qū)動電極上施加交流電壓信號，所述驅(qū)動電極與所述屏蔽電極之間產(chǎn)生交變靜電吸合力，帶動所述屏蔽電極進(jìn)行周期性水平振動；

所述驅(qū)動電極與所述屏蔽電極成交錯梳齒形狀，用于增加所述驅(qū)動電極與所述屏蔽電極之間的電容，提高增大屏蔽與暴露的效率，從而增加靜電力；

當(dāng)所述屏蔽電極振動時，周期性地屏蔽所述感應(yīng)電極，在靜電場及所述屏蔽電極的共同作用下，所述感應(yīng)電極上感生出正比于所述電場信號的交流感應(yīng)信號；

所述屏蔽電極與所述感應(yīng)電極相互作用部分也成交錯梳齒形狀，用于增大所述屏蔽電極與所述感應(yīng)電極之間的電容，所述感應(yīng)電極為兩組電極，受所述屏蔽電極交替屏蔽，產(chǎn)生相位差為180°的差分信號，減少電路噪聲。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)載下投式導(dǎo)航型MEMS電場探空儀，其特征在于，

所述MEMS電場敏感芯片元件固定在所述探空儀的封裝基板上，所述MEMS電場敏感芯片元件密封在所述封裝基板與所述探空儀的封帽組成的密閉空腔內(nèi)，通過剛性外殼將所述MEMS電場敏感芯片元件及所述信號處理電路固定在所述密閉空腔的內(nèi)部，并采用柔性灌封膠將所述MEMS電場敏感芯片元件及所述信號處理電路完全密封在密閉空腔的內(nèi)部，阻斷外部惡劣環(huán)境干擾；

所述感應(yīng)電極布設(shè)在所述密閉空腔的外部，固定在所述探空儀圓柱形殼的內(nèi)部，與所述MEMS電場敏感芯片之間采用屏蔽線連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機(jī)載下投式導(dǎo)航型MEMS電場探空儀，其特征在于，所述探空儀整體為圓柱形，所述探空儀的殼體內(nèi)部固定探空儀電路板以及氣象要素測量傳感器，所述氣象要素測量傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器和氣壓傳感器；

所述探空儀還包括MEMS微型電場傳感器，所述MEMS微型電場傳感器采集電路通過插針焊接方式固定在所述探空儀電路板上，實現(xiàn)MEMS電場傳感器的供電及數(shù)據(jù)通訊，在所述探空儀殼體一端固定金屬感應(yīng)電極，通過屏蔽線將所述金屬感應(yīng)電極連接至所述MEMS電場敏感芯片元件的表面。