CN100368815C - 铰链式多维电场传感器 - Google Patents

铰链式多维电场传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN100368815C
CN100368815C CNB2004100886057A CN200410088605A CN100368815C CN 100368815 C CN100368815 C CN 100368815C CN B2004100886057 A CNB2004100886057 A CN B2004100886057A CN 200410088605 A CN200410088605 A CN 200410088605A CN 100368815 C CN100368815 C CN 100368815C
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
induction electrode
guarded
induction
electric field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2004100886057A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1769914A (zh
Inventor
夏善红
陶虎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Electronics of CAS
Original Assignee
Institute of Electronics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Electronics of CAS filed Critical Institute of Electronics of CAS
Priority to CNB2004100886057A priority Critical patent/CN100368815C/zh
Publication of CN1769914A publication Critical patent/CN1769914A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100368815C publication Critical patent/CN100368815C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Emergency Alarm Devices (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

一种铰链式多维电场传感器，包括驱动部分和感应部分，其特征在于所述感应部分包括屏蔽电极(3)、感应电极(4)、铰链(5)和基座(6)，所述感应电极(4)安装在基座(6)上，屏蔽电极(3)通过铰链(5)安装在基座(6)上。本发明采取了一种全新的电场探测办法，从而有效的解决了多维电场的探测问题，且结构简单，加工方便，易于批量生产。与上述的垂直振动式和水平振动式电场传感器相比，本发明突出的特点是：传感器工作时采用铰链式结构使屏蔽电极相对感应电极转动，定位准确，且勿须在屏蔽电极上开孔，从而加强了屏蔽电极在高频转动下的稳定性；可以方便的实现一维和一维以上的电场探测；驱动方式灵活，易于实现。

Description

铰链式多维电场传感器
技术领域
本发明设计传感器，特别涉及铰链式多维电场传感器。
背景技术
电场传感器广泛应用于大气环流研究、气象预报、空气污染检测、雷电事实时探测等各种领域。根据其工作原理大体可以分为机械式和光学式两种。早期出现的机械式电场传感器主要有旋片式、双球式等，其优点是结构简单、制作较为方便；缺点为体积大，从而带来便携性较差、成本较高、使用范围较小等缺陷。光学式电场传感器的优点是系统响应速度较快、噪声低，缺点为制造精度要求高，从而带来成本较高、安装较为复杂，且其检测范围一般限于较强电场。
由于微细加工技术的快速发展，已经出现了基于微细加工技术的机械式电场传感器，依照其工作方式主要可分垂直振动式和水平振动式电场传感器，这类传感器的优点是体积小，成本较低，易于批量生产。但其结构相对复杂，且一般来说只能探测一维电场，在实际应用中有一定的局限性，当遇到需要探测多维电场，比如说二维或三维电场时，必须使用多个传感器分别探测各维电场信号再加以综合，从而会增加成本，而且会带来安装和调试上的难度。
发明内容
本发明的目的是提供一种铰链式多维电场传感器。
为实现上述目的，一种铰链式多维电场传感器，包括驱动部分和感应部分，其特征在于所述感应部分包括第一屏蔽电极3、第一感应电极4、第一铰链5和第一基座6，所述第一感应电极4安装在第一基座6上，第一屏蔽电极3通过第一铰链5安装在第一基座6上，其中，所述第一感应电极4的位置和第一屏蔽电极3对应，当第一屏蔽电极3和第一感应电极4平行时，第一屏蔽电极3遮盖住第一感应电极4。
本发明采取了一种全新的电场探测办法，从而有效的解决了多维电场的探测问题，且结构简单，加工方便，易于批量生产。与上述的垂直振动式和水平振动式电场传感器相比，本发明突出的特点是：传感器工作时采用铰链式结构使屏蔽电极相对感应电极转动，定位准确，且勿须在屏蔽电极上开孔，从而加强了屏蔽电极在高频转动下的稳定性；可以方便的实现一维和一维以上的电场探测；驱动方式灵活，易于实现。
附图说明
图1是本发明铰链式多维电场传感器结构示意图。
图2是本发明的原理示意图。
具体实施方式
铰链式多维电场传感器的结构如图1所示，图2.1是本发明用于测量一维电场信号的结构示意图；图2.2是本发明用于测量二维电场信号的结构示意图；图2.3是本发明用于测量三维电场信号的结构示意图。
铰链式多维电场传感器用于测量一维电场时，可将系统做如下简化：
传感器主要由两部分构成：驱动部分和感应部分。感应部分包括屏蔽电极3、感应电极4、铰链5和基座6。感应电极4安装在基座6上，屏蔽电极3通过铰链5安装在基座6上。屏蔽电极3由导电材料制成。传感器的驱动信号由驱动部分1输入，感应信号由感应部分2输出。屏蔽电极3可以由导电材料构成，也可以由覆有导电薄膜的其他材料构成。屏蔽电极3的形状可以是矩形、方形、圆形、三角形或其他形状。
感应电极4的位置要和屏蔽电极3对应，其位置和形状大小要满足当屏蔽电极3和感应电极4平行时，屏蔽电极3应完全遮盖住感应电极4。
驱动部分的驱动方式可以采用梳齿式驱动或是其他驱动方式，使屏蔽电极3相对感应电极发生周期性转动，即沿图2.1中法向产生转动。
图2.1为铰链式多维电场传感器用于测量一维电场时原理图，图中可以转动的是屏蔽电极3，接地以产生屏蔽效果；下部是感应电极4，输出感应信号。
图2.1(a)表示转动过程中屏蔽电极3垂直于感应电极4的情况，外电场直接接触在感应电极4的全部区域上，在感应电极4上产生的感生电荷最多。
图2.1(b)表示转动过程中屏蔽电极3平行于感应电极4的情况，外电场被屏蔽电极3完全屏蔽，在感应电极4上产生的感生电荷最少。
当屏蔽电极3相对与感应电极4做周期性转动时，感应电极4上的感应电荷也作周期性的改变，对外输出就形成交流电流信号。待测电场强时感应电极4上的感应电荷多，在振动一个周期内所产生的感应电荷变化量大，在振动频率不变的情况下输出的交流电流大，输出的交流电流信号可以反映外界电场强度的大小。在外电场的场强固定情况下，改变振动频率也可以使输出的交流电流变化，因此可以通过调节振动频率控制量程。
铰链式多维电场传感器用于测量二维电场时，可将系统做如下简化：
传感器主要由两部分构成：驱动部分和感应部分。感应部分包括屏蔽电极3、感应电极4、铰链5和基座6。感应电极4和基座6各有两组：感应电极4和感应电极4a，两感应电极分别安装在垂直放置的基座6和基座6a上。屏蔽电极3通过铰链5安装在基座6上。屏蔽电极3由导电材料制成。传感器的驱动信号由驱动部分1输入，感应信号由感应部分2输出。屏蔽电极3可以由导电材料构成，也可以由覆有导电薄膜的其他材料构成。屏蔽电极3的形状可以是矩形、方形、圆形、三角形或其他形状。
屏蔽电极3的位置要和感应电极4和感应电极4a对应，其位置和形状大小要满足当屏蔽电极3和感应电极4平行时，屏蔽电极3应完全遮盖住感应电极4，且和感应电极4a垂直；当屏蔽电极3和感应电极4a平行时，屏蔽电极3应完全遮盖住感应电极4a，且和感应电极4垂直。
驱动部分的驱动方式可以采用梳齿式驱动或是其他驱动方式，使屏蔽电极3相对感应电极4发生周期性转动，即沿图2.2中法向产生转动。
图2.2为铰链式多维电场传感器用于测量二维电场时原理图，图中可以转动的是屏蔽电极3，接地以产生屏蔽效果；下部和右侧的分别是感应电极4和感应电极4a，输出感应信号。
图2.2(a)表示转动过程中屏蔽电极3垂直于感应电极4的情况，外电场直接接触在感应电极4的全部区域上，在感应电极4上产生的感生电荷最多；同时，屏蔽电极3平行于感应电极4a，感应电极4a上所能接受的外电场被屏蔽电极3完全屏蔽，在感应电极4a上产生的感生电荷最少。
图2.2(b)表示转动过程中屏蔽电极3垂直于感应电极4a的情况，外电场直接接触在感应电极4a的全部区域上，在感应电极4a上产生的感生电荷最多；同时，屏蔽电极3平行于感应电极4，感应电极4上所能接受的外电场被屏蔽电极3完全屏蔽，在感应电极4上产生的感生电荷最少。
驱动部分作周期性振动时，感应电极4和感应电极4a上的感应电荷也作周期性的改变(两者趋势相反)，对外输出就形成交流电流信号。待测电场强时感应电极4和感应电极4a上的感应电荷多，在振动一个周期内所产生的感应电荷变化量大，在振动频率不变的情况下输出的交流电流大，输出的交流电流信号可以反映外界电场强度的大小。在外电场的场强固定情况下，改变振动频率也可以使输出的交流电流变化，因此可以通过调节振动频率控制量程。
下面给出铰链式多维电场传感器用于测量三维电场时的具体实施方法：
传感器主要由两部分构成：驱动部分和感应部分。感应部分包括屏蔽电极3、感应电极4、铰链5和基座6。感应电极4和基座6各有三组：感应电极4、感应电极4a和感应电极4b，三组感应电极分别安装在相互垂直放置的基座6、基座6a和基座6b上。屏蔽电极3和铰链5各有两组：屏蔽电极3和屏蔽电极3a，两组屏蔽电极分别通过铰链5和铰链5a安装在基座上。屏蔽电极3由导电材料制成。传感器的驱动信号由驱动部分1输入，感应信号由感应部分2输出。屏蔽电极3可以由导电材料构成，也可以由覆有导电薄膜的其他材料构成。屏蔽电极3的形状可以是矩形、方形、圆形、三角形或其他形状。
屏蔽电极3的位置要和感应电极4、感应电极4a和感应电极4b对应，其位置和形状大小满足如下条件：
当屏蔽电极3和感应电极4平行时，屏蔽电极3应完全遮盖住感应电极4，且和感应电极4a垂直；当屏蔽电极3和感应电极4a平行时，屏蔽电极3应完全遮盖住感应电极4a，且和感应电极4垂直。
当屏蔽电极3a和感应电极4平行时，屏蔽电极3a应完全遮盖住感应电极4，且和感应电极4b垂直；当屏蔽电极3a和感应电极4b平行时，屏蔽电极3a应完全遮盖住感应电极4b，且和感应电极4垂直。
驱动部分的驱动方式可以采用梳齿式驱动或是其他驱动方式，使屏蔽电极3相对感应电极4发生周期性转动，即沿图2.3中法向产生转动。
图2.3.1(a)表示转动过程中屏蔽电极3垂直于感应电极4的情况，外电场直接接触在感应电极4的全部区域上，在感应电极4上产生的感生电荷最多；同时，屏蔽电极3平行于感应电极4a，感应电极4a上所能接受的外电场被屏蔽电极3完全屏蔽，在感应电极4a上产生的感生电荷最少。
图2.3.1(b)表示转动过程中屏蔽电极3垂直于感应电极4a的情况，外电场直接接触在感应电极4a的全部区域上，在感应电极4a上产生的感生电荷最多；同时，屏蔽电极3平行于感应电极4，感应电极4上所能接受的外电场被屏蔽电极3完全屏蔽，在感应电极4上产生的感生电荷最少。
图2.3.2(a)表示转动过程中屏蔽电极3a垂直于感应电极4的情况，外电场直接接触在感应电极4的全部区域上，在感应电极4上产生的感生电荷最多；同时，屏蔽电极3a平行于感应电极4b，感应电极4b上所能接受的外电场被屏蔽电极3a完全屏蔽，在感应电极4b上产生的感生电荷最少。
图2.3.2(b)表示转动过程中屏蔽电极3a垂直于感应电极4b的情况，外电场直接接触在感应电极4b的全部区域上，在感应电极4b上产生的感生电荷最多；同时，屏蔽电极3a平行于感应电极4，感应电极4上所能接受的外电场被屏蔽电极3a完全屏蔽，在感应电极4上产生的感生电荷最少。
在整个工作过程中，屏蔽电极3和屏蔽电极3a不能同时在感应电极4上方转动，以免两个屏蔽电极发生碰撞。
当屏蔽电极3相对与感应电极4做周期性转动时，感应电极4上的感应电荷也作周期性的改变，对外输出就形成交流电流信号。待测电场强时感应电极4上的感应电荷多，在振动一个周期内所产生的感应电荷变化量大，在振动频率不变的情况下输出的交流电流大，输出的交流电流信号可以反映外界电场强度的大小。在外电场的场强固定情况下，改变振动频率也可以使输出的交流电流变化，因此可以通过调节振动频率控制量程。

Claims (12)

1.一种铰链式多维电场传感器，包括驱动部分和感应部分，其特征在于所述感应部分包括第一屏蔽电极(3)、第一感应电极(4)、第一铰链(5)和第一基座(6)，所述第一感应电极(4)安装在第一基座(6)上，第一屏蔽电极(3)通过第一铰链(5)安装在第一基座(6)上，其中，所述第一感应电极(4)的位置和第一屏蔽电极(3)对应，当第一屏蔽电极(3)和第一感应电极(4)平行时，第一屏蔽电极(3)遮盖住第一感应电极(4)。
2.按权利要求1所述的传感器，其特征在于所述第一屏蔽电极(3)由导电材料构成。
3.按权利要求1所述的传感器，其特征在于所述第一屏蔽电极(3)由覆有导电薄膜的其它材料构成。
4.按权利要求1或2或3所述的传感器，其特征在于所述第一屏蔽电极(3)的形状是矩形、圆形或三角形。
5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于还包括：
与第一基座(6)垂直放置的第二基座(6a)，安装在第二基座(6a)上的第二感应电极(4a)，第一屏蔽电极(3)的位置和第一感应电极(4)和第二感应电极(4a)对应，当第一屏蔽电极(3)和第一感应电极(4)平行时，第一屏蔽电极遮盖住第一感应电极(4)，且和第二感应电极(4a)垂直，当第一屏蔽电极(3)和第二感应电极(4a)平行时，第一屏蔽电极(3)遮盖住第二感应电极(4a)，且和第一感应电极(4)垂直。
6.按权利要求5所述的传感器，其特征在于所述第一屏蔽电极(3)由导电材料构成。
7.按权利要求5所述的传感器，其特征在于所述第一屏蔽电极(3)由覆有导电薄膜的其它材料构成。
8.按权利要求6或7所述的传感器，其特征在于所述第一屏蔽电极(3)的形状是矩形、圆形或三角形。
9.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于还包括：
与第一基座(6)垂直放置的第二基座(6a)，与第一基座(6)和第二基座(6a)垂直放置的第三基座(6b)，安装在第二基座(6a)上的第二感应电极(4a)，安装在第三基座(6b)上的第三感应电极(4b)，第二屏蔽电极(3a)、第二铰链(5a)、第二屏蔽电极(3a)通过第二铰链(5a)安装在第一基座(6)上，第一屏蔽电极(3)和第二屏蔽电极(3a)的位置和第一感应电极(4)、第二感应电极(4a)、第三感应电极(4b)对应，当第一屏蔽电极(3)和第一感应电极(4)平行时，第一屏蔽电极(3)遮盖住第一感应电极(4)，且和第二感应电极(4a)垂直，当第一屏蔽电极(3)和第二感应电极(4a)平行时，第一屏蔽电极(3)遮盖住第二感应电极(4a)，且和第一感应电极(4)垂直，当第二屏蔽电极(3a)和第一感应电极(4)平行时，第二屏蔽电极(3a)遮盖住第一感应电极(4)，且和第三感应电极(4b)垂直，当第二屏蔽电极(3a)和第三感应电极(4b)平行时，第二屏蔽电极(3a)遮盖住第三感应电极(4b)，且和第一感应电极(4)垂直。
10.按权利要求9所述的传感器，其特征在于所述第一屏蔽电极(3)和第二屏蔽电极(3a)由导电材料构成。
11.按权利要求9所述的传感器，其特征在于所述第一屏蔽电极(3)和第二屏蔽电极(3a)由覆有导电薄膜的其它材料构成。
12.按权利要求10或11所述的传感器，其特征在于所述第一屏蔽电极(3)和第二屏蔽电极(3a)的形状是矩形、圆形或三角形。
CNB2004100886057A 2004-11-05 2004-11-05 铰链式多维电场传感器 Expired - Fee Related CN100368815C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2004100886057A CN100368815C (zh) 2004-11-05 2004-11-05 铰链式多维电场传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2004100886057A CN100368815C (zh) 2004-11-05 2004-11-05 铰链式多维电场传感器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1769914A CN1769914A (zh) 2006-05-10
CN100368815C true CN100368815C (zh) 2008-02-13

Family

ID=36751330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004100886057A Expired - Fee Related CN100368815C (zh) 2004-11-05 2004-11-05 铰链式多维电场传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100368815C (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102169143B (zh) * 2011-04-20 2013-04-17 南京信息工程大学 振动屏蔽式电场传感器
CN111017861A (zh) * 2019-10-14 2020-04-17 清华大学 基于逆压电效应的电容-悬臂梁微型式电场测量传感器件

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6107791A (en) * 1997-07-25 2000-08-22 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Non-disturbing electric field sensor using piezoelectric and converse piezoelectric resonances
CN1492235A (zh) * 2002-10-23 2004-04-28 中国科学院电子学研究所 振动式微型电场传感器
CN1525181A (zh) * 2003-02-25 2004-09-01 中国科学院电子学研究所 平行振动式微型电场传感器
US20040189312A1 (en) * 2003-03-28 2004-09-30 Canon Kabushiki Kaisha Electric potential sensor, and image forming apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6107791A (en) * 1997-07-25 2000-08-22 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Non-disturbing electric field sensor using piezoelectric and converse piezoelectric resonances
CN1492235A (zh) * 2002-10-23 2004-04-28 中国科学院电子学研究所 振动式微型电场传感器
CN1525181A (zh) * 2003-02-25 2004-09-01 中国科学院电子学研究所 平行振动式微型电场传感器
US20040189312A1 (en) * 2003-03-28 2004-09-30 Canon Kabushiki Kaisha Electric potential sensor, and image forming apparatus

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KDY型旋转式电场仪. 罗福山，庄洪春，何喻晖，张健，王都生，雷显廷.电测与仪表. 1993 *
基于MEMS技术的微型电场传感器设计与仿真. 裴强，夏善红，龚超，白强，陈绍凤.微纳电子技术. 2003 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN1769914A (zh) 2006-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100430740C (zh) 交错振动式电场传感器
CN103528605B (zh) 一种电容型绝对式旋转编码器
CN1192221C (zh) 旋转部件的振动相量监视系统
CN100420952C (zh) 静电梳齿激励差分检测式微型电场传感器
CN206146435U (zh) 一种电磁感应式角度位置传感器
CN1193768A (zh) 力传感接触垫
US10184791B2 (en) Measuring device and measuring method
CN109341517A (zh) 一种绝对式容栅位移旋转编码器
CN104111347A (zh) 一种光栅编码器低速精度检测装置
CN100535674C (zh) 小型三维电场传感器
CN106768776A (zh) 一种手机触摸屏的跌落测试装置
CN106446780A (zh) 指纹传感器和终端设备
CN100368815C (zh) 铰链式多维电场传感器
CN1223828C (zh) 平行振动式微型电场传感器
CN100344980C (zh) 圆形梳齿式微型电场传感器
CN205156879U (zh) 一种确定角度位置的感应装置
CN104296651B (zh) 基于柔性织物的多支臂多关节角度一体化并行检测系统
CN208109250U (zh) 一种微幅高频振动振幅和频率的无接触检测装置
CN203012029U (zh) 倒置式低功耗恒速电场仪
CN202748047U (zh) 可调频传感器的信号测试装置
CN106771674B (zh) 实验用粉尘静电自动检测装置及检测方法
CN204128618U (zh) 非接触式液位测量系统
CN219573258U (zh) 一种适用于磁电式振动传感器的手持测振仪
CN208860967U (zh) 一种石油地质开采检测用测量装置
CN220961879U (zh) 一种基于lora信号传输的地波微振动数据采集装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20080213

Termination date: 20101105