[發明專利]一種機載下投式導航型MEMS電場探空儀

在審

• 申請號: 202310425977.7
• 申請日: 2023-04-20
• 公開（公告）號: CN116540328A
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）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）人: 中國人民解放軍32021部隊;航天新氣象科技有限公司;中國科學院空天信息創新研究院
• 主分類號: G01W1/08
• 分類號: G01W1/08;G01W1/04;G01S19/14
• 代理公司: 北京智沃律師事務所 11620
• 代理人: 吳志宏

本申請涉及一種機載下投式導航型MEMS電場探空儀，包括設置于探空儀內部的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導航定位模塊、主控模塊、發射天線、降落傘和防靜電外殼。還包括設置于所述探空儀內部的MEMS電場傳感器感應電極和設置于所述探空儀內部的MEMS電場傳感器采集器。本申請中的機載下投式導航型MEMS電場探空儀具備通過有人機或者無人機搭載的下投吊艙將探空儀自高空投出，實現15公里以下的空中溫度、濕度、氣壓、風速、風向、電場強度等大氣物理參數一體化探測，降低測量的基礎成本。

技術領域

本申請涉及高空氣象探測技術領域，尤其涉及一種機載下投式導航型MEMS電場探空儀。

背景技術

在高空氣象探測領域，電場監測主要涉及地表及高空大氣電場變化，對雷電的發生和預測提供了重要的基礎數據，為導彈和衛星等飛行器的飛行提供氣象安全保障。同時，高空大氣探測溫度、濕度、風速、風向、高度等氣象要素是氣象、農業、軍事等領域進行氣象預報警報、監測治理的重要基礎。利用機載下投探空儀實施大氣探測，相對于傳統的球載探測方法更加機動靈活，目標更具指向性，探測更加快速精準。

目前市場上傳統的探空儀采用球載探測方式從地面放球進行高空探測，獲取溫度、濕度和氣壓等氣象參數；采用場磨式電場儀探測電場參數，易受高空低溫環境影響，設備易失效；缺乏同時從高空通過下投方式進行探空獲取空中溫度、濕度、氣壓、風速、風向和電場強度的探空設備。

發明內容

本申請所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種機載下投式導航型MEMS電場探空儀。

本申請解決上述技術問題的技術方案如下：

本申請提供一種機載下投式導航型MEMS電場探空儀，包括設置于探空儀內部的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導航定位模塊、主控模塊、發射天線、降落傘和防靜電外殼。

基于上述技術方案，進一步地，還包括設置于所述探空儀內部的MEMS電場傳感器感應電極和設置于所述探空儀內部的MEMS電場傳感器采集器；

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

所述MEMS電場傳感器采集器，對所述MEMS電場傳感器感應電極傳來的電場信號進行采集，所述電荷信號被調制后，轉化為交流電流信號，并對所述交流電流信號進行電流/電壓轉換、放大、濾波及解調處理，實現對大氣電場強度的測量。

基于上述技術方案，進一步地，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電場傳感器感應電極傳來的電場信號進行采集，所述MEMS電場敏感芯片元件調制所述電場信號，將所述電場信號轉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動電壓，對所述電場信號進行電流/電壓轉換、放大、濾波及相關解調處理。

基于上述技術方案，進一步地，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、感應電極、驅動電極和彈性折梁；

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

所述驅動電極與所述屏蔽電極成交錯梳齒形狀，用于增加所述驅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；