CN1525181A - 平行振动式微型电场传感器 - Google Patents

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Abstract

一种平行振动式微型电场传感器，包括激振部分1和感应部分2；感应部分2由屏蔽电极3和感应电极4构成；屏蔽电极3上面有栅孔5。在激振驱动力的作用下，屏蔽电极3与感应电极4发生周期性平行相对运动。与竖直振动式电场传感器相比，本传感器振动时空气阻尼小，激振驱动方式灵活，有利于减少激振信号与感应信号间的电干扰。

Description

平行振动式微型电场传感器
技术领域
本发明涉及传感器，特别涉及平行振动式微型电场传感器。
背景技术
电场传感器广泛应用于雷电预测、环境监测等多个领域。根据其工作原理，可分为电荷感应式、光学式等种类。最早出现的电荷感应式电场传感器主要有旋片结构、双球结构等，其优点是结构简单、制作技术较成熟；缺点是体积较大、成本较高。光学式电场传感器的优点是响应速度较快、噪声低，缺点是成本较高、检测范围一般限于较强电场。
本发明人不久前提出了一种基于微细加工技术的垂直振动式电场传感器(发明专利申请号02147377.3)，该传感器的优点是体积小、成本较低、易于批量生产。本发明在垂直振动式电场传感器的基础上，进一步提出了平行振动式电场传感器。与前者相比，后者的突出特点是：传感器工作时屏蔽电极与感应电极作相对平行振动，空气阻尼小；激振方式灵活，易于实现；激振信号与感应信号的频率可以不同，有利于降低信号间的电干扰。
发明内容
本发明的目的是提供一种平行振动式微型电场传感器。
为实现上述目的，一种平行振动式微型电场传感器，包括：
激振部分(1)，产生平行驱动力；
感应部分(2)，输出平行振动力。
按照本发明的另一方面，感应部分包括屏蔽电极3和感应电极4。屏蔽电极3由导电材料制作，上面开有栅孔5。传感器的激励信号由激振部分1输入，感应信号由感应部分2输出。激振部分1的激振方式可以采用静电激振、电磁激振、热激振或其他激振方式，使屏蔽电极3和感应电极4发生周期性相对平行运动，即沿着图2中x方向产生振动。激振驱动力可以作用在屏蔽电极3上使其产生运动，或作用在感应电极4上，即发生振动的部分可以是屏蔽电极3，也可以是感应电极4。
这种基于微细加工技术的传感器具有体积小、成本较低、易于批量加工的优点。此外，与垂直振动式传感器相比，平行振动式传感器还具有如下突出特点：传感器工作时屏蔽电极与感应电极作相对平行振动，空气阻尼小；激振方式灵活，易于实现；激振信号与感应信号的频率可以不同，有利于降低信号间的电干扰。
附图说明
图1是本发明平行振动式微型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
平行振动式微型电场传感器的结构如图1所示，由激振和感应两部分组成。感应部分由带有栅孔5的屏蔽电极3和感应电极4组成，激振部分1产生驱动力，使屏蔽电极3平行于感应电极4产生周期性相对运动，即振动方向为图2中x方向(发明专利02147377.3所述的传感器振动方向为z方向)。发生振动的部分可以是屏蔽电极，也可以是感应电极。
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它材料构成，上面有栅孔5。栅孔5形状为矩形、方形、圆形或其它形状，沿振动方向周期性分布；栅孔5可以有多个，但至少为一个；栅孔5的面积小于10000mm2。
感应电极4的位置与栅孔5相对应，面积与栅孔5尺寸可以相同，也可以是不同的，沿振动方向周期性分布。
激振部分1的激振方式可以是静电激振、电磁激振、热激振或其他激振方式，使屏蔽电极3与感应电极4产生周期性平行相对运动。根据激振信号的大小以及栅孔5与感应电极4相对移动的幅度，感应信号的频率可以与激振信号的频率相同，也可以是不同的。例如栅孔5与感应电极4相对移动的幅度是栅孔中心间距d的两倍，则感应信号的频率将是激振信号频率的两倍，这样可以很容易地实现感应信号与激振信号的分离，可以有效地去除激振信号与感应信号之间的耦合，提高测量精度。
传感器的主体结构可以采用体硅加工工艺制备，电极采用溅射或蒸发金属的方法制备，也可以采用平面加工等其它方法制备传感器主体结构和电极。
图2为平行振动式电场传感器原理图，图中上部是屏蔽电极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(a)表示振动过程中栅孔5位于感应电极4正上方的情况，外电场穿过栅孔5，在感应电极4上产生的感生电荷最多。
图2(b)表示振动过程中栅孔5与感应电极4位置错开的情况，感应电极4上的感生电荷最少。
振动部分作周期性振动时，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。待测电场的场强大时感应电极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 (11)

1.一种平行振动式微型电场传感器，包括：
激振部分(1)，产生平行驱动力；
感应部分(2)，输出平行振动力。
2.按权利要求1所述的传感器，其特征在于所述的感应部分(2)由屏蔽电极(3)和感应电极(4)构成。
3.按权利要求1所述的传感器，其特征在于所述的屏蔽电极(3)有栅孔(5)。
4.按权利要求3所述的传感器，其特征在于所述的栅孔(5)为矩形、圆形或其它形状。
5.按权利要求3所述的传感器，其特征在于所述栅孔(5)的面积小于10000mm2。
6.按权利要求3所述的传感器，其特征在于所述栅孔(5)数量至少为1个。
7.按权利要求2所述的传感器，其特征在于感应电极(4)与栅孔(5)的位置对应。
8.按权利要求2所述的传感器，其特征在于感应电极(4)与栅孔(5)的面积相同或不相同。
9.按权利要求1所述的传感器，其特征在于激振信号的频率和感应信号的频率相同或者不同。
10.按权利要求1所述的传感器，其特征在于所述的激振方式是静电激振、电磁激振、热激振或者其他激振方式之一。
11.按权利要求1所述的传感器，其特征在于所述的平行激振驱动力作用在屏蔽电极(3)或感应电极(4)上。
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