CN1769913A - 圆形梳齿式微型电场传感器 - Google Patents

Abstract

一种圆形梳齿式微型电场传感器，包括：梳状固定电极(1)和梳状屏蔽电极(2)沿振动方向间隔分布在圆周上；在梳状屏蔽电极(2)上开有栅孔(4)；感应电极(3)放置在栅孔(4)下面。本发明的传感器工作时采用梳齿式驱动来实现屏蔽电极相对于感应电机的振动，位移精准，周期性好；感应电极采用多组并联，从而加大了检测信号的强度，便于测量较弱电场信号；由于感应电极采用的是圆形对称分布，从而可以使用差分电路降低系统噪声对系统检测的影响；屏蔽电极上栅孔的分布采用的是少量多组的分布原则，从而有效的降低了单块屏蔽电极上栅孔间的信号干扰。

Description

圆形梳齿式微型电场传感器

技术领域

本发明涉及传感器，特别涉及圆形梳齿式微型电场传感器。

背景技术

电场传感器广泛应用于大气环流研究、地质灾害预报、气象及沙尘的预报、大气污染检测等地学领域，以及电机端部和高压架空线下电场分布的测量，电气密封装置内放电现象的分析，超高压输电线路附近离子流场[和长间隙辉光放电特性等工业生产领域，在航空航天，静电防护、生物生理、试验及生活环境监测方面也有重要应用。

电场传感器的种类很多，大体上可以根据其工作原理划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。

发明内容

本发明的目的是提供一种圆形梳齿式微型电场传感器。

为实现上述目的，一种圆形梳齿式微型电场传感器，包括：

梳状固定电极1和梳状屏蔽电极2沿振动方向间隔分布在圆周上；

在梳状屏蔽电极2上开有栅孔4；

感应电极3放置在栅孔4下面。

本发明在水平振动式电场传感器的基础上，进一步提出了基于微细表面加工技术的圆形梳齿式微型电场传感器。与前者相比，后者突出的特点是：传感器工作时采用梳齿式驱动来实现屏蔽电极相对于感应电机的振动，位移精准，周期性好；感应电极采用多组并联，从而加大了检测信号的强度，便于测量较弱电场信号；由于感应电极采用的是圆形对称分布，从而可以使用差分电路降低系统噪声对系统检测的影响；屏蔽电极上栅孔的分布采用的是少量多组的分布原则，从而有效的降低了单块屏蔽电极上栅孔间的信号干扰；由于减少了单块屏蔽电极上栅孔的数目，从而提高了屏蔽电极在高频振动下的稳定性；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是本发明圆形梳齿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

圆形梳齿式微型电场传感器主要由三部分构成：梳状固定电极1，梳状屏蔽电极2和感应电极3。梳状固定电极1和梳状屏蔽电极2由导电材料制成，上面开有栅孔4。传感器的激励信号由梳状固定电极1和梳状屏蔽电极2输入，感应信号由感应电极3输出。梳状固定电极1和梳状屏蔽电极2的激振方式采用梳齿式驱动，使梳状屏蔽电极2和感应电极3发生周期性相对运动，即沿图2中法向产生振动。圆形梳齿式微型电场传感器的结构如图1所示，由由三部分构成：梳状固定电极1，梳状屏蔽电极2和感应电极3。梳状固定电极1和梳状屏蔽电极2由导电材料制成，上面开有栅孔4。传感器的激励信号由梳状固定电极1和梳状屏蔽电极2输入，感应信号由感应电极3输出。梳状固定电极1和梳状屏蔽电极2的激振方式采用梳齿式驱动，使梳状屏蔽电极2和感应电极3发生周期性相对运动，即沿图2中法向产生振动。

梳状固定电极1和梳状屏蔽电极2一一对应，沿振动方向间隔分布在圆周上。梳状固定电极1的数目应和梳状屏蔽电极2的数目一致，且应不低于2个。

梳状固定电极1和梳状屏蔽电极2可以由导电材料(比如说多晶硅)，也可以由覆有导电薄膜的其他材料构成，梳状屏蔽电极2上面有栅孔4。栅孔4的形状可以为矩形、方形、圆形、扇形或三角形，在每组屏蔽电极上沿振动方向分布；栅孔4可以在梳状屏蔽电极2的中心区域，可以不位于梳状屏蔽电极2的中心区域；每块梳状屏蔽电极2上的栅孔4的数目不宜过多，但至少为一个；栅孔4的面积小于10000mm²。

感应电极3的位置与栅孔4相对应，面积与栅孔4尺寸可以相同，也可以是不同的，感应电极3和梳状屏蔽电极2一一对应，沿振动方向间隔分布在圆周上。每组感应电极可按图1中方式对称放置且并联在一起，也可根据需要分组并联和串联在一起，只要使得检测信号加强即可。感应电极3的数目应和梳状屏蔽电极2的数目一致，且应不低于2个。

梳状固定电极1和梳状屏蔽电极2的激振方式采用梳齿式驱动，使梳状屏蔽电极2与感应电极3产生周期性法向相对运动。根据激振信号的大小以及栅孔4与感应电极相对移动的幅度。

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为圆形梳齿式微型电场传感器原理图。

图2(a)是原理示意图(俯视图)：为初始状态时屏蔽电极和感应电极的位置。屏蔽电极正好挡住感应电极的一半。

图2(b)是原理示意图(俯视图)：表示振动过程中屏蔽电极相对感应电极发生顺时针偏移时，栅孔4位于感应电极3a正上方的情况，外电场穿过栅孔6，在感应电极3a上产生的感生电荷最多，在感应电极3b上产生的感生电荷最少。

图2(c)是原理示意图(俯视图)：表示振动过程中屏蔽电极相对感应电极发生逆时针偏移时，栅孔4位于感应电极3b正上方的情况，外电场穿过栅孔4，在感应电极3b上产生的感生电荷最多，在感应电极3a上产生的感生电荷最少。

图2(d)，图2(e)是原理示意图(侧视图)：上部是梳状屏蔽电极2，接地以产生屏蔽效果；下部是感应电极3，输出感应信号。

振动部分作周期性振动时，感应电极3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3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)

1.一种圆形梳齿式微型电场传感器，包括：

梳状固定电极(1)和梳状屏蔽电极(2)沿振动方向间隔分布在圆周上；

在梳状屏蔽电极(2)上开有栅孔(4)；

感应电极(3)放置在栅孔(4)下面。

2.按权利要求1所述的传感器，其特征在于所述梳状固定电极(1)和梳状屏蔽电极(2)的数量相同。

3.按权利要求1所述的传感器，其特征在于所述梳状固定电极(1)和梳状屏蔽电极(2)至少分别为两个。

4.按权利要求1所述的传感器，其特征在于所述梳状固定电极(1)和梳状屏蔽电极(2)由导电材料或覆有导电薄膜的材料制成。

5.按权利要求1所述的传感器，其特征在于所述栅孔(4)位于梳状屏蔽电极(2)的中心区域。

6.按权利要求1所述的传感器，其特征在于所述栅孔(4)位于梳状屏蔽电极(2)的中心区域以外的区域。

7.按权利要求1所述的传感器，其特征在于所述栅孔(4)的形状为矩形、方性、圆形，扇形或三角形。

8.按权利要求1或7所述的传感器，其特征在于所述每块梳状屏蔽电极(2)上的栅孔(4)至少为一个。

9.按权利要求1或7所述的传感器，其特征在于所述栅孔(4)的面积小于10000平方毫米。

10.按权利要求1所述的传感器，其特征在于所述感应电极(3)的面积与栅孔(4)相同或不同。

11.按权利要求1所述的传感器，其特征在于所述感应电极(3)对称放置。

12.按权利要求1或11所述的传感器，其特征在于所述感应电极(3)分组串联或并联在一起。

Images