CN103645492B - 一种低成本多丝正比计数器电极阵列及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的一种低成本多丝正比计数器电极阵列，包括上、下平行排列的多个电极层，每一电极层对应地承载及固定在一绝缘基片上，每一绝缘基片包括第一绝缘薄膜片和第二绝缘薄膜片，第一薄膜片和第二薄膜片上还分别设有电极丝导电带，从下往上将多个绝缘基片按顺序分为奇数层绝缘基片和偶数层绝缘基片，各奇数层绝缘基片所对应电极层上各电极丝具有相同的电极极性，各偶数层绝缘基片所对应电极层上各电极丝具有相同的电极极性。本发明目的是提供一种结构简单、生产成本低、探测面积大的多丝正比计数器电极阵列及其制作方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种多丝正比计数器，具体是一种低成本多丝正比计数器电极阵列及其制作方法。其应用在一些对探测精度要求不高的探测器上。
背景技术
研究基本粒子间的反应，可以提供粒子性质和粒子间作用力的知识。这些反应通常非常复杂。有时在一个反应中会产生几百个粒子。为了解释这些反应，科学家往往需要记录每个粒子的轨迹。这类记录常用的方法是各种照相法，工作过程缓慢而又劳累。
后来发明了正比计数管以解决上述技术问题。正比计数管是由一根阳极丝和一个构成阴极的管子所组成。丝置于管子中心，工作在正比区。其原理是：通过加较高电压而获得较大电场强度，粒子在管内电离产生的电子将在二次碰撞间受电场加速获得足够能量，从而再电离其他气体分子，最后收集到的电离数（输出脉冲）将比初始电离大许多，但又正比于初始电离。经典的正比计数器如盖革-缪勒管，是由一根细丝装在直径约为1cm的管子中央构成的。在细丝和管壁间加几千伏的高压。带电粒子穿过充气的管子，会使气体电离。在这个过程中，气体的中性原子会释放带负电的电子，而变成带正电的离子。在电场的作用下，电子向管心的细丝（即阳极）运动。接近细丝的地方电场非常强，电子大大加速，于是就有足够的能量使气体游离，因而有更多的电子被释放，这些电子又被加速，这样就形成了电子和正离子的雪崩。正是由于电子和离子的运动，引起了阳极丝产生一电信号，给出带电粒子通过的信息。正比计数管确定粒子位置的精度大约是1cm，即计数管本身的尺码。然而该正比计数器精度不高，难以满足实际需要。
再后来夏帕克对其作了重大改革。夏帕克发明的多丝正比计数器（又称多丝正比室）技术起源于正比计数管，其工作原理是：由两块作负电极的平行金属网中间夹有作正电极的平行金属丝平面构成一个单元，室中充以惰性混合气体。电极间加直流高压，电压处在正比区。当高能带电粒子穿过多丝正比室，使路径上的气体原子电离，电离产生的电子在附近某一金属丝的电场中形成雪崩式的电离增殖，其放电的总电量正比于初始电离中的电子数目，放电形成的负脉冲正比于该粒子的电离损失。利用专门的电子线路可确定入射粒子穿过室的位置，进一步由多个单元定出粒子的径迹。在电场和一定气体条件下，入射粒子在阳极丝附近由电离而引起气体放大，产生“雪崩”式的电离增殖，在该丝上建立一个负脉冲，而相邻之阳极丝及阴极丝平面感应出相反极性的正脉冲，至于电容耦合的同极性脉冲通常小于1/10，且可改变电容使之更小。因此，使用只对负极性脉冲灵敏的放大器，就可使每根阳极丝像一个正比计数器一样独立地对入射粒子计数和定位，其定位区域以二根阳极丝距离之半为界，即某丝上有脉冲输出，就表明有一粒子入射在该丝的1/2丝距区域内。
多丝正比室小的面积仅几十平方毫米，大的达十几平方米。阳极丝常用20μm、40μm直径的镀金钨丝，阴极丝通常用100μm左右的铍铜丝、镀金钨丝或不锈钢丝。气体常用流通式，最有名的是体积之比为75.0％氩＋24.5％异丁烷＋0.5％氟里昂13B1构成的“魔异气体”。各丝均接有放大器，并连接计算机进行精确的定位测量和在线分析。
目前多丝正比室已广泛应用于粒子物理实验，成为高能物理实验的主要探测器之一，许多实验已达到使用几千甚至几万根阳极丝的规模。此外，它还广泛应用于核物理、天文学及宇宙线物理中，并正在逐步应用于医学、生物学等领域。
由此可见，多丝正比室有着广阔的应用，但其也有不足之处：多丝正比计数器（多丝正比室）电极阵列是多丝辐射探测器的核心部件。为达到一定强度的增益，既电子雪崩的强度，阳极和阴极间需加很高的电压。为增加探测到高能辐射的几率，需要增加探测器的面积或体积。
现有技术中，采用微电子同微机械结合在硅片上的MEMS技术可以在硅片上深刻蚀出硅柱阵列作为电极。各硅柱电极的大小可小于20微米，间距可以非常精确的控制。但由于深刻蚀深度的限制，电极的高度一般小于500微米。采用MEMS技术此需要使用昂贵的微加工设备，器件的制作成本较高，限制了其推广使用。同时采用MEMS技术的探测器，如需要增加探测器的体积，还需要逐片叠加硅片，进一步提高了生产成本。而实际使用在一些对精度要求较低的领域时，如可集成到手机或其它手持设备上的辐射探测器，采用MEMS技术的探测器成本高，不能满足对精度要求较低的领域辐射探测器的实际要求。为此，如何降低正比计数器制作成本，为本领域继续解决的技术问题。
发明内容
本发明目的是提供一种结构简单、生产成本低、探测面积大的一种多丝正比计数器电极阵列。
本发明的另一目的是提供一种工艺简单，不需要昂贵的微加工设备，成本低，探测面积大的多丝正比计数器电极阵列制作方法。
为了解决上述存在的问题，本发明采用了下列技术方案：
方案一：一种低成本多丝正比计数器电极阵列，包括上、下平行排列的多个电极层，每一电极层由多根电极丝平行排列而成，每一电极层对应地承载及固定在一对绝缘基片上，每一对绝缘基片分为第一绝缘基片和第二绝缘基片，第一绝缘基片和第二绝缘基片分别位于电极层两侧，各第一绝缘基片上、下叠置，各第二绝缘基片上、下叠置；第一绝缘基片和第二绝缘基片之间区间为计数器工作区，与任一对绝缘基片对应电极层上各电极丝两端分别承载及固定在第一绝缘基片、第二绝缘基片上；第一绝缘基片和第二绝缘基片上还分别设有电极丝导电带，第一绝缘基片和第二绝缘基片上电极丝导电带为下述两种结构之一：
（1）从下往上将多对绝缘基片按顺序分为奇数层绝缘基片和偶数层绝缘基片，奇数层绝缘基片上各第一绝缘基片上端面、偶数层绝缘基片上各第一绝缘基片下端面均设有电极丝导电带；同时奇数层绝缘基片上各第二绝缘基片下端面、偶数层绝缘基片上各第二绝缘基片上端面均设有电极丝导电带；将各第一绝缘基片上的电极丝导电带串联或并联，使得各奇数层绝缘基片所对应电极层上各电极丝具有相同的电极极性；将各第二绝缘基片上的电极丝导电带串联或并联，使得各偶数层绝缘基片所对应电极层上各电极丝具有相同的电极极性；
（2）从下往上将多对绝缘基片按顺序分为奇数层绝缘基片和偶数层绝缘基片，奇数层绝缘基片上各第一绝缘基片下端面、偶数层绝缘基片上各第一绝缘基片上端面均设有电极丝导电带；同时奇数层绝缘基片上各第二绝缘基片上端面、偶数层绝缘基片上各第二绝缘基片下端面均设有电极丝导电带；将各第一绝缘基片上的电极丝导电带串联或并联，使得各偶数层绝缘基片所对应电极的各电极丝具有相同的电极极性；将各第二绝缘基片上的电极丝导电带串联或并联，使得各奇数层绝缘基片所对应电极的各电极丝具有相同的电极极性。
其中，第一绝缘基片、第二绝缘基片均为在基片一侧设置绝缘薄膜层形成的绝缘基片，绝缘薄膜层为聚酰亚胺薄膜层或聚乙烯薄膜层或聚氯乙烯薄膜层或聚丙烯薄膜层或聚苯乙烯薄膜层。电极丝导电带为设置在绝缘薄膜层外侧的导电层。第一绝缘基片、第二绝缘基片上电极丝导电带分别设有外伸的接线端子，各第一绝缘基片上的电极丝导电带上接线端子通过导线连接实现电极丝导电带并联或者首尾顺次串联，各第二绝缘基片上接线端子通过导线连接实现各电极丝导电带并联或者首尾顺次串联。
基片可为玻璃，石英玻璃，硅片，金属等单晶，多晶，非晶材料等，电极丝材质可为金，钛，不锈钢等。优选与电极丝热膨胀系数相等或相近的基片。
方案一批量生产方法：一种低成本多丝正比计数器电极阵列制作方法，包括如下步骤：
（1）铺设一绝缘基片阵列：选多个单面有电极丝导电带的绝缘基片，将多个绝缘基片圆周分布在一个可旋转的转子外圆上，绝缘基片相对于转子固定，沿转子圆周方向，相邻两绝缘基片上的电极丝导电带位于两绝缘基片相反侧；
（2）铺设电极层：通过旋转转子，将一平行排列的电极丝组沿圆周方向缠绕在绝缘基片阵列上，每缠绕一圈即形成一电极层；
（3）再次铺设绝缘基片阵列：在步骤（2）中形成的电极层上再铺设一组单面有电极丝导电带的绝缘基片，再次铺设绝缘基片过程中，绝缘基片还需要满足如下两个条件：
（3.1）各绝缘基片与前一绝缘基片阵列上的各绝缘基片上、下叠置，上、下相邻两绝缘基片上的电极丝导电带位于相反侧；
（3.2）沿转子圆周方向，相邻两绝缘基片上的电极丝导电带位于两绝缘基片相反侧；
（4）重复2、3步骤，直到达到所设定的电极层数，停止铺设；
（5）以上、下叠置的各绝缘基片为一电极阵列单元，以相邻两电极阵列单元为一计数器电极阵列组，分组切断电极丝，从转子上取下绝缘基片，制作完成。
其中，步骤（2）、步骤（3）中可采用粘合剂粘连方式或激光局部加热将金属丝、绝缘基片上绝缘薄膜层熔融方式固定电极丝与绝缘基片。
进一步改进：在步骤（2）中，上、下两电极层上电极丝之间横向间距通过在缠绕前调节电极丝与转子轴向相对位置来实现。
进一步改进：在步骤（2）缠绕过程中，可拉伸电极丝，使电极丝具有张应力，以保证步骤（5）切断电极丝，从转子上取下绝缘基片时各电极层无明显弯曲。
进一步改进：转子为圆柱形或正多边形转子；
方案二：一种低成本多丝正比计数器电极阵列，包括上、下平行排列的多个电极层，每一电极层由多根电极丝平行排列而成，每一电极层对应地承载及固定在一对绝缘基片上，每一对绝缘基片分为第一绝缘基片和第二绝缘基片，第一绝缘基片和第二绝缘基片分别位于电极层两侧，各第一绝缘基片上、下叠置，各第二绝缘基片上、下叠置；第一绝缘基片和第二绝缘基片之间区间为计数器工作区，与任一对绝缘基片对应电极层上各电极丝两端分别承载及固定在第一绝缘基片、第二绝缘基片上；有电极丝导电带设置在第一绝缘基片、第二绝缘基片上，电极丝导电带分布在第一绝缘基片和第二绝缘基片为下述两种结构之一：
（1）从下往上将多对绝缘基片按顺序分为奇数层绝缘基片和偶数层绝缘基片，奇数层绝缘基片上各第一绝缘基片上端面或下端面均设有电极丝导电带，同时偶数层绝缘基片上各第二绝缘基片上端面或下端面均设有电极丝导电带，第一绝缘基片上电极丝导电带与第二绝缘基片上电极丝导电带位于同侧；将各第一绝缘基片上的电极丝导电带串联或并联，使得各奇数层绝缘基片所对应电极层上各电极丝具有相同的电极极性；将各第二绝缘基片上的电极丝导电带串联或并联，使得各偶数层绝缘基片所对应电极层上各电极丝具有相同的电极极性；
（2）从下往上将多对绝缘基片按顺序分为奇数层绝缘基片和偶数层绝缘基片，偶数层绝缘基片上各第一绝缘基片上端面或下端面均设有电极丝导电带，同时奇数层绝缘基片上各第二绝缘基片上端面或下端面均设有电极丝导电带，第一绝缘基片上电极丝导电带与第二绝缘基片上电极丝导电带位于同侧；将各第一绝缘基片上的电极丝导电带串联或并联，使得各偶数层绝缘基片所对应电极层上各电极丝具有相同的电极极性；将各第二绝缘基片上的电极丝导电带串联或并联，使得各奇数层绝缘基片所对应电极层上各电极丝具有相同的电极极性。
其中，第一绝缘基片、第二绝缘基片均为在基片一侧设置绝缘薄膜层形成的绝缘基片，绝缘薄膜层为聚酰亚胺薄膜层或聚乙烯薄膜层或聚氯乙烯薄膜层或聚丙烯薄膜层或聚苯乙烯薄膜层。电极丝导电带为设置在绝缘薄膜层外侧的导电层。第一绝缘基片、第二绝缘基片上电极丝导电带分别设有外伸的接线端子。
基片可为玻璃，石英玻璃，硅片，金属等单晶，多晶，非晶材料等，电极丝材质可为金，钛，不锈钢等。优选与电极丝热膨胀系数相等或相近的基片。
方案二批量生产方法：一种低成本多丝正比计数器电极阵列制作方法，包括如下步骤：
（1）铺设一绝缘基片阵列：选取多个未设电极丝导电带的绝缘基片与已设电极丝导电带的绝缘基片；将绝缘基片圆周分布在一个可旋转的转子外圆上，绝缘基片相对于转子固定；沿转子圆周方向，未设电极丝导电带的绝缘基片与已设电极丝导电带的绝缘基片间隔分布；
（2）铺设电极层：通过旋转转子，将一平行排列的电极丝组沿圆周方向缠绕在绝缘基片阵列上，每缠绕一圈即形成一电极层；
（3）再次铺设绝缘基片阵列：在步骤（2）中形成的电极层上再铺设一绝缘基片阵列，再次铺设绝缘基片阵列过程中，绝缘基片还需要满足如下两个条件：
（3.1）各绝缘基片与前一绝缘基片阵列上的各绝缘基片上、下叠置，且已设电极丝导电带的绝缘基片与未设电极丝导电带的绝缘基片上、下交错排列；
（3.2）沿转子圆周方向，已设电极丝导电带的绝缘基片与未设电极丝导电带的绝缘基片交错排列；
（4）重复2、3步骤，直到达到所设定的电极层数，停止铺设；
（5）以上、下叠置的各绝缘基片为一电极阵列单元，以相邻两电极阵列单元为一计数器电极阵列组，分组切断电极丝，从转子上取下绝缘基片，制作完成。
其中，步骤（2）、步骤（3）中可采用粘合剂粘连方式或激光局部加热将金属丝、绝缘基片熔融方式固定电极丝与绝缘基片。
进一步改进：在步骤（2）中，上、下两电极层上电极丝之间横向间距通过在缠绕前调节电极丝与转子轴向相对位置来实现。
进一步改进：在步骤（2）缠绕过程中，可拉伸电极丝，使电极丝具有张应力，以保证步骤（5）切断电极丝，从转子上取下绝缘基片时各电极层无明显弯曲。
进一步改进：转子为圆柱形或正多边形转子；
本专利技术中产品应用时，将多丝正比计数器上奇数层绝缘基片和偶数层绝缘基片上电极丝导电带连接电源两极，使得奇数层绝缘基片和偶数层绝缘基片对应电极层上电极丝具有相反的电极极性。
本专利技术中产品，由于电极丝应力随温度变化发生相对位置改变，而电极丝及绝缘基片整体固定，选择基片与电极丝材料热膨胀系数相等或相近，可避免电极丝因温度改变而发生变形，导致电极丝间距发生相对改变造成不再互相平行的影响。最直接的选择即是基片材料与电极丝材料有相等热膨胀系数。
在方案一、二生产方法中，各自的步骤（2）缠绕过程中，上、下两电极层上电极丝之间横向间距能通过在缠绕前改变电极丝与转子轴向相对位置来调节，例如每绕一圈，电极丝沿转子的轴线方向移动100微米，则可使上、下两电极层上电极丝之间横向间距为100微米；在缠绕的过程中，可适当使用粘合剂将电极丝固定在绝缘基片上；在步骤（2）缠绕过程中，可拉伸电极丝，使电极丝具有张应力，以保证切断电极丝，从转子上取下基片后各电极层无明显弯曲。
本发明的有益效果是：
1、成本低：由于（1）不需要昂贵的微细加工设备，（2）电极丝原材料为市场上十分容易得到金属丝，（3）一次流程可制作多个器件，因此制造成本低，有利于本专利产品的推广使用。
2、缠绕的层数和宽度无限制，可任意扩充电极阵列的体积或面积。
3、绝缘基片与电极丝的热膨胀系数相等或相近，器件的热稳定性好，避免了电极丝随温度变化而变形引发的电极丝间距的改变造成的不平行影响。
4、绝缘基片、电极丝导电带及电极丝均为阵列设置，因此绝缘基片、电极丝导电带及电极丝尺寸、大小规格都相同，方便批量生产绝缘基片、电极丝导电带及电极丝，使得加工本专利产品的单个电子元件生产成本低，有利于本专利产品的推广使用。
附图说明
图1为多个电极层上电极丝排列结构示意图。
图2为可旋转的转子外圆上绝缘基片安装结构示意图。
图3为电极丝缠绕转子上绝缘基片结构示意图。
图4A为实施例一中电极层一侧绝缘基片截面结构示意图。
图4B为实施例一中电极层另一侧绝缘基片截面结构示意图。
图5A为实施例二中电极层一侧绝缘基片截面结构示意图。
图5B为实施例二中电极层另一侧绝缘基片截面结构示意图。
具体实施方式
如图1、图2、图3和图4A、图4B所示，
如图4A、图4B所示实施例一，一种低成本多丝正比计数器电极阵列，包括上、下平行排列的多个电极层1，每一电极层1由多根电极丝11平行排列而成，每一电极层对应地承载及固定在一对绝缘基片上，每一对绝缘基片分为第一绝缘基片21和第二绝缘基片22，第一绝缘基片和第二绝缘基片分别位于电极层两侧，各第一绝缘基片上、下叠置，各第二绝缘基片上、下叠置；第一绝缘基片和第二绝缘基片之间区间为计数器工作区，与任一对绝缘基片对应电极层上各电极丝两端分别承载及固定在第一绝缘基片、第二绝缘基片上；第一绝缘基片和第二绝缘基片上还分别设有电极丝导电带3，第一绝缘基片和第二绝缘基片上电极丝导电带为下述结构：
从下往上将多对绝缘基片按顺序分为奇数层绝缘基片5和偶数层绝缘基片6，奇数层绝缘基片上各第一绝缘基片上端面、偶数层绝缘基片上各第一绝缘基片下端面均设有电极丝导电带；同时奇数层绝缘基片上各第二绝缘基片下端面、偶数层绝缘基片上各第二绝缘基片上端面均设有电极丝导电带；将各第一绝缘基片上的电极丝导电带串联，使得各奇数层绝缘基片所对应电极层上各电极丝具有相同的电极极性；将各第二绝缘基片上的电极丝导电带串联，使得各偶数层绝缘基片所对应电极层上各电极丝具有相同的电极极性。
为方便连接，第一绝缘基片、第二绝缘基片上电极丝导电带分别设有外伸的接线端子，各第一绝缘基片上的电极丝导电带上接线端子通过导线连接实现电极丝导电带首尾顺次串联，各第二绝缘基片上接线端子通过导线连接实现各电极丝导电带首尾顺次串联。使用时，第一绝缘基片上的电极丝导电带与第二绝缘基片上的电极丝导电带连接电源两极，使得奇数层绝缘基片和偶数层绝缘基片对应电极层上电极丝具有相反的电极极性（见图1），从而形成一多丝正比计数器。
本专利中，第一绝缘基片21、第二绝缘基片22均为在基片200一侧铺设绝缘薄膜层210形成的绝缘基片，电极丝导电带3为铺设在绝缘薄膜层外侧的导电层。基片与电极丝热膨胀系数相等或相近。基片可为玻璃，石英玻璃，硅片，金属等单晶，多晶，非晶材料等，电极丝材质可为金，钛，不锈钢等。优选与电极丝热膨胀系数相等或相近的基片。绝缘薄膜层为聚酰亚胺薄膜层或聚乙烯薄膜层或聚氯乙烯薄膜层或聚丙烯薄膜层或聚苯乙烯薄膜层。
实施例一制作方法，包括如下步骤：
（1）铺设一组绝缘基片阵列：选多个单面有电极丝导电带的绝缘基片，将多个绝缘基片圆周分布在一个可旋转的转子8外圆上（见图2），绝缘基片相对于转子固定；在固定绝缘基片过程中，一绝缘基片上电极丝导电带位于绝缘基片上端面，与绝缘基片相邻的绝缘基片上电极丝导电带位于相邻绝缘基片下端面，使得相邻两绝缘基片上的电极丝导电带位于两绝缘基片相反侧；
（2）铺设电极层：通过旋转转子，将一平行排列的电极丝组沿圆周方向缠绕在绝缘基片阵列上，电极丝组上电极丝支撑及固定在各绝缘基片上，每缠绕一圈即形成一电极层（见图3）；
（3）再次铺设绝缘基片阵列：在步骤（3）中形成的电极层上再铺设一组单面有电极丝导电带的绝缘基片，再次铺设绝缘基片过程中，绝缘基片平置在电极丝上且绝缘基片与电极丝固定，同时绝缘基片还需要满足如下两个条件：
（3.1）各绝缘基片与前一组绝缘基片阵列上的各绝缘基片上、下叠置，上、下叠置的各绝缘基片中一绝缘基片上电极丝导电带位于下端面上，与该绝缘基片相邻的绝缘基片上电极丝导电带位于相邻绝缘基片上端面上，使得上、下相邻两绝缘基片上的电极丝导电带位于相反侧；
（3.2）沿转子圆周方向，再次铺设的绝缘基片阵列上相邻两绝缘基片上的电极丝导电带位于两绝缘基片相反侧；
（4）重复2、3步骤，直到达到所设定的电极层数，停止铺设；
（5）以上、下叠置的各绝缘基片为一电极阵列单元，以相邻两电极阵列单元为一计数器电极阵列组，分组切断电极丝，从转子上取下绝缘基片，制作完成。
其中，转子为圆柱形或正多边形转子。步骤（2）铺设过程中、步骤（3）中可采用粘合剂粘连方式或激光局部加热将金属丝、绝缘基片熔融方式固定电极丝与绝缘基片。上、下两电极层上电极丝之间横向间距通过在缠绕前调节电极丝与转子轴向相对位置来实现。在步骤（2）缠绕过程中，还可拉伸电极丝。使电极丝具有张应力，以保证步骤（5）切断电极丝，从转子上取下绝缘基片时各电极层无明显弯曲。
如图5A、图5B所示实施例二，一种低成本多丝正比计数器电极阵列，包括上、下平行排列的多个电极层1，每一电极层1由多根电极丝11平行排列而成，每一电极层对应地承载及固定在一对绝缘基片上，每一对绝缘基片分为第一绝缘基片23和第二绝缘基片24，第一绝缘基片23和第二绝缘基片24分别位于电极层两侧，各第一绝缘基片上、下叠置，各第二绝缘基片上、下叠置；第一绝缘基片和第二绝缘基片之间区间为计数器工作区，与任一对绝缘基片对应电极层上各电极丝两端分别承载及固定在第一绝缘基片、第二绝缘基片上；有电极丝导电带设置在第一绝缘基片、第二绝缘基片上，电极丝导电带分布在第一绝缘基片和第二绝缘基片为下述结构：
从下往上将多对绝缘基片按顺序分为奇数层绝缘基片和偶数层绝缘基片，奇数层绝缘基片上各第一绝缘基片上端面均设有电极丝导电带7，偶数层绝缘基片上各第一绝缘基片上端面未设有电极丝导电带；同时偶数层绝缘基片上各第二绝缘基片上端面均设有电极丝导电带7，奇数层绝缘基片上各第二绝缘基片上端面未设有电极丝导电带；将各第一绝缘基片上的电极丝导电带串联，使得各奇数层绝缘基片所对应电极层上各电极丝具有相同的电极极性；将各第二绝缘基片上的电极丝导电带串联，使得各偶数层绝缘基片所对应电极层上各电极丝具有相同的电极极性。
其中，第一绝缘基片23、第二绝缘基片24均为在基片200一侧铺设绝缘薄膜层210形成的绝缘基片，有电极丝导电带7的第一绝缘基片23、第二绝缘基片24为电极丝导电带7为铺设在相应第一绝缘基片23、第二绝缘基片24上绝缘薄膜层外侧的导电层。基片200与电极丝热膨胀系数相等或相近。基片可为玻璃，石英玻璃，硅片，金属等单晶，多晶，非晶材料等，电极丝材质可为金，钛，不锈钢等。优选与电极丝热膨胀系数相等或相近的基片。绝缘薄膜层为聚酰亚胺薄膜层或聚乙烯薄膜层或聚氯乙烯薄膜层或聚丙烯薄膜层或聚苯乙烯薄膜层。
实施例二制作方法，包括如下步骤：
（1）铺设一组绝缘基片阵列：将多个绝缘基片对半分为两部分，选取其中一部分绝缘基片为设电极丝导电带的绝缘基片；将多个绝缘基片圆周分布在一个可旋转的转子外圆上，绝缘基片相对于转子固定；在固定绝缘基片过程中，未设电极丝导电带的绝缘基片与已设电极丝导电带的绝缘基片间隔分布；
（2）铺设电极层：通过旋转转子，将一平行排列的电极丝组沿圆周方向缠绕在绝缘基片阵列上，电极丝组上电极丝支撑及固定在各绝缘基片上，每缠绕一圈即形成一电极层；
（3）再次铺设绝缘基片阵列：在步骤（3）中形成的电极层上再铺设一组绝缘基片阵列，再次铺设绝缘基片阵列过程中，绝缘基片平置在电极丝上且绝缘基片与电极丝固定，同时绝缘基片还需要满足如下两个条件：
（3.1）各绝缘基片与前一组绝缘基片阵列上的各绝缘基片上、下叠置，上、下叠置的各绝缘基片中一绝缘基片上设电极丝导电带，与设电极丝导电带绝缘基片相邻的绝缘基片未设电极丝导电带，使得已设电极丝导电带的绝缘基片与未设电极丝导电带的绝缘基片上、下交错排列；
（3.2）沿转子圆周方向，已设电极丝导电带的绝缘基片与未设电极丝导电带的绝缘基片交错排列；
（4）重复2、3步骤，直到达到所设定的电极层数，停止铺设；
（5）以上、下叠置的各绝缘基片为一电极阵列单元，以相邻两电极阵列单元为一计数器电极阵列组，分组切断电极丝，从转子上取下绝缘基片，制作完成。
本专利中，转子为圆柱形转子，在转子上一次可以制作六个多丝正比计数器。正多边柱形的转子（图中未示出）上的平面便于绝缘基片的安装。
在上述各方法步骤（1）中绝缘基片通过粘合剂粘贴在转子上。本专利实施例子中，绝缘基片上的绝缘薄膜层为聚酰亚胺薄膜片，其厚度范围为10微米到500微米，步骤（2）、步骤（3）中可采用粘合剂粘连方式固定电极丝与绝缘基片。除了采用胶水粘合剂外，还可以采用激光局部加热将金属丝、绝缘基片上绝缘薄膜层熔融方式固定电极丝与绝缘基片。由于电极丝应力随温度变化发生相对位置改变，电极丝及绝缘基片整体固定在基片上，选择基片与电极丝材料热膨胀系数相等或相近，可避免电极丝因温度改变而发生变形，导致电极丝间距发生相对改变造成不再互相平行的影响。最直接的选择即是使用基片材料与电极丝材料有相等热膨胀系数。
本发明中，由于转子8的半径一般都比较大，在几厘米到几米之间，而绝缘基片厚度和宽度、电极丝直径一般只有几十到几百微米，对于缠绕较大半径的转子时引起的每层电极丝长短误差很小，可以忽略；再加上各方法步骤（2）中，可拉伸电极丝，使电极丝具有适当的张应力，保证从转子上取下基片后，平展开时各电极层上电极丝无明显弯曲。在上述各方法步骤（2）缠绕过程中，可适当使用粘合剂将电极丝固定在绝缘基片上，上、下两电极层上电极丝之间横向间距能通过在缠绕前改变电极丝与转子轴向相对位置来调节，例如每绕一圈，电极丝沿转子的轴线方向移动100微米，则可使上、下两电极层上电极丝之间横向间距为100微米。
本发明中，采用旋涂法将绝缘薄膜材料涂覆在基片上并固化后形成绝缘薄膜层，完成绝缘基片的制作；也可以采用薄膜沉积方法将绝缘薄膜生长在基片上形成绝缘薄膜层。采用掩膜结构并利用金属溅射工艺将导电金属沉积在绝缘薄膜层上形成用于电极丝导电的电极丝导电带。
Claims (10)
1.一种低成本多丝正比计数器电极阵列，包括上、下平行排列的多个电极层，每一电极层由多根电极丝平行排列而成，其特征在于：每一电极层对应地承载及固定在一对绝缘基片上，每一对绝缘基片分为第一绝缘基片和第二绝缘基片，第一绝缘基片和第二绝缘基片分别位于电极层两侧，各第一绝缘基片上、下叠置，各第二绝缘基片上、下叠置；第一绝缘基片和第二绝缘基片之间区间为计数器工作区，与任一对绝缘基片对应电极层上各电极丝两端分别承载及固定在第一绝缘基片、第二绝缘基片上；第一绝缘基片和第二绝缘基片上还分别设有电极丝导电带，第一绝缘基片和第二绝缘基片上电极丝导电带为下述两种结构之一：
（1）从下往上将多对绝缘基片按顺序分为奇数层绝缘基片和偶数层绝缘基片，奇数层绝缘基片上各第一绝缘基片上端面、偶数层绝缘基片上各第一绝缘基片下端面均设有电极丝导电带，同时奇数层绝缘基片上各第二绝缘基片下端面、偶数层绝缘基片上各第二绝缘基片上端面均设有电极丝导电带；将各第一绝缘基片上的电极丝导电带串联或并联，使得各奇数层绝缘基片所对应电极层上各电极丝具有相同的电极极性；将各第二绝缘基片上的电极丝导电带串联或并联，使得各偶数层绝缘基片所对应电极层上各电极丝具有相同的电极极性；
（2）从下往上将多对绝缘基片按顺序分为奇数层绝缘基片和偶数层绝缘基片，奇数层绝缘基片上各第一绝缘基片下端面、偶数层绝缘基片上各第一绝缘基片上端面均设有电极丝导电带，同时奇数层绝缘基片上各第二绝缘基片上端面、偶数层绝缘基片上各第二绝缘基片下端面均设有电极丝导电带；将各第一绝缘基片上的电极丝导电带串联或并联，使得各偶数层绝缘基片所对应电极的各电极丝具有相同的电极极性；将各第二绝缘基片上的电极丝导电带串联或并联，使得各奇数层绝缘基片所对应电极的各电极丝具有相同的电极极性。
2.根据权利要求1所述一种低成本多丝正比计数器电极阵列其特征在于：所述第一绝缘基片、第二绝缘基片均为在基片一侧设置绝缘薄膜层形成的绝缘基片，所述电极丝导电带为设置在绝缘薄膜层外侧的导电层；第一绝缘基片、第二绝缘基片上电极丝导电带分别设有外伸的接线端子，各第一绝缘基片上的电极丝导电带上接线端子通过导线连接实现电极丝导电带并联或者首尾顺次串联，各第二绝缘基片上接线端子通过导线连接实现各电极丝导电带并联或者首尾顺次串联。
3.根据权利要求2所述一种低成本多丝正比计数器电极阵列其特征在于：所述基片与电极丝热膨胀系数相等或相近；所述绝缘薄膜层为聚酰亚胺薄膜层或聚乙烯薄膜层或聚氯乙烯薄膜层或聚丙烯薄膜层或聚苯乙烯薄膜层。
4.一种低成本多丝正比计数器电极阵列，包括上、下平行排列的多个电极层，每一电极层由多根电极丝平行排列而成，其特征在于：每一电极层对应地承载及固定在一对绝缘基片上，每一对绝缘基片分为第一绝缘基片和第二绝缘基片，第一绝缘基片和第二绝缘基片分别位于电极层两侧，各第一绝缘基片上、下叠置，各第二绝缘基片上、下叠置；第一绝缘基片和第二绝缘基片之间区间为计数器工作区，与任一对绝缘基片对应电极层上各电极丝两端分别承载及固定在第一绝缘基片、第二绝缘基片上；有电极丝导电带设置在第一绝缘基片、第二绝缘基片上，电极丝导电带在第一绝缘基片和第二绝缘基片上的分布为下述两种结构之一：
（1）从下往上将多对绝缘基片按顺序分为奇数层绝缘基片和偶数层绝缘基片，奇数层绝缘基片上各第一绝缘基片上端面或下端面均设有电极丝导电带，同时偶数层绝缘基片上各第二绝缘基片上端面或下端面均设有电极丝导电带，第一绝缘基片上电极丝导电带与第二绝缘基片上电极丝导电带位于同侧；将各第一绝缘基片上的电极丝导电带串联或并联，使得各奇数层绝缘基片所对应电极层上各电极丝具有相同的电极极性；将各第二绝缘基片上的电极丝导电带串联或并联，使得各偶数层绝缘基片所对应电极层上各电极丝具有相同的电极极性；
（2）从下往上将多对绝缘基片按顺序分为奇数层绝缘基片和偶数层绝缘基片，偶数层绝缘基片上各第一绝缘基片上端面或下端面均设有电极丝导电带，同时奇数层绝缘基片上各第二绝缘基片上端面或下端面均设有电极丝导电带，第一绝缘基片上电极丝导电带与第二绝缘基片上电极丝导电带位于同侧；将各第一绝缘基片上的电极丝导电带串联或并联，使得各偶数层绝缘基片所对应电极层上各电极丝具有相同的电极极性；将各第二绝缘基片上的电极丝导电带串联或并联，使得各奇数层绝缘基片所对应电极层上各电极丝具有相同的电极极性。
5.一种权利要求1所述低成本多丝正比计数器电极阵列制作方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）铺设一绝缘基片阵列：选多个单面有电极丝导电带的绝缘基片，将多个绝缘基片圆周分布在一个可旋转的转子外圆上，绝缘基片相对于转子固定，沿转子圆周方向，相邻两绝缘基片上的电极丝导电带位于两绝缘基片相反侧；
（2）铺设电极层：通过旋转转子，将一平行排列的电极丝组沿圆周方向缠绕在绝缘基片阵列上，每缠绕一圈即形成一电极层；
（3）再次铺设绝缘基片阵列：在步骤（2）中形成的电极层上再铺设一组单面有电极丝导电带的绝缘基片，再次铺设绝缘基片过程中，绝缘基片还需要满足如下两个条件：
（3.1）各绝缘基片与前一绝缘基片阵列上的各绝缘基片上、下叠置，上、下相邻两绝缘基片上的电极丝导电带位于相反侧；
（3.2）沿转子圆周方向，相邻两绝缘基片上的电极丝导电带位于两绝缘基片相反侧；
（4）重复2、3步骤，直到达到所设定的电极层数，停止铺设；
（5）以上、下叠置的各绝缘基片为一电极阵列单元，以相邻两电极阵列单元为一计数器电极阵列组，分组切断电极丝，从转子上取下绝缘基片，制作完成。
6.根据权利要求5所述低成本多丝正比计数器电极阵列制作方法，其特征在于：所述步骤（2）、步骤（3）中可采用粘合剂粘连方式或激光局部加热将金属丝、绝缘基片上绝缘薄膜层熔融方式固定电极丝与绝缘基片。
7.根据权利要求5所述低成本多丝正比计数器电极阵列制作方法，其特征在于：在步骤（2）中，上、下两电极层上电极丝之间横向间距通过在缠绕前调节电极丝与转子轴向相对位置来实现。
8.根据权利要求5或6或7所述低成本多丝正比计数器电极阵列制作方法，其特征在于：在所述步骤（2）缠绕过程中，可拉伸电极丝。
9.根据权利要求5所述低成本多丝正比计数器电极阵列制作方法，其特征在于：所述转子为圆柱形或正多边形转子。
10.一种权利要求4所述低成本多丝正比计数器电极阵列制作方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）铺设一绝缘基片阵列：选取多个未设电极丝导电带的绝缘基片与已设电极丝导电带的绝缘基片；将绝缘基片圆周分布在一个可旋转的转子外圆上，绝缘基片相对于转子固定；沿转子圆周方向，未设电极丝导电带的绝缘基片与已设电极丝导电带的绝缘基片间隔分布；
（2）铺设电极层：通过旋转转子，将一平行排列的电极丝组沿圆周方向缠绕在绝缘基片阵列上，每缠绕一圈即形成一电极层；
（3）再次铺设绝缘基片阵列：在步骤（2）中形成的电极层上再铺设一绝缘基片阵列，再次铺设绝缘基片阵列过程中，绝缘基片还需要满足如下两个条件：
（3.1）各绝缘基片与前一绝缘基片阵列上的各绝缘基片上、下叠置，且已设电极丝导电带的绝缘基片与未设电极丝导电带的绝缘基片上、下交错排列；
（3.2）沿转子圆周方向，已设电极丝导电带的绝缘基片与未设电极丝导电带的绝缘基片交错排列；
（4）重复2、3步骤，直到达到所设定的电极层数，停止铺设；
（5）以上、下叠置的各绝缘基片为一电极阵列单元，以相邻两电极阵列单元为一计数器电极阵列组，分组切断电极丝，从转子上取下绝缘基片，制作完成。
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