基於駐極體的mems電場傳感器的製造方法
2023-09-18 19:49:30 3
基於駐極體的mems電場傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明屬於傳感器【技術領域】，尤其涉及一種基於駐極體的MEMS電場傳感器，主要用於空間中低頻交流電場的測量。該傳感器包括：絕緣基板、細條、細絲、支撐面、駐極體；其中細絲置於絕緣基板平行上方，並與基板上的導電細條構成電容。通過支撐面上粘附的駐極體構成的靜電場，對處於場中的金屬細絲提供適當的偏置。當外加交流電場時金屬細絲會產生相應頻率和振幅的振動，本發明通過檢測金屬細絲和基板上導電細條構成的電容的變化來測量外加交流電場的大小和幅值。本發明採用MEMS微加工工藝製造，體積小，攜帶方便，設備簡單，相比於已有的光纖測量系統成本低很多。
【專利說明】基於駐極體的MEMS電場傳感器
【技術領域】
[0001]本發明屬於傳感器【技術領域】，尤其涉及一種基於駐極體的MEMS電場傳感器。
【背景技術】
[0002]電場傳感器廣泛應用於工業生產和科研項目中，如鐵路自動系統、飛機太空飛行器運行的電場環境檢測，高壓輸電線工頻電場分布，精密電子設備的電磁屏蔽與兼容等等。上述環境中電場的大小直接影響正常的工作和研究，因此電場的測量十分重要。
[0003]電場有頻率和場強兩重特點。從頻率來分,主要有靜電場、低頻電場和高頻電場，每類頻率中根據電場強度又有強電場有弱電場。根據電場的頻率特點主要有三類電場傳感器:靜電場傳感器，低頻交流電場傳感器和高頻交流電場傳感器。靜電場測量比較簡單。目前低頻段主要用的是基於天線的電磁感應原理來進行測量，高頻段多採用晶體的電光效應來測量電場；二者都要經過光纖系統進行傳輸再後續處理，系統複雜，敏感度不高，一般體積都很大，不利於集成，且成本很高。
[0004]當前，MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem,微機電系統)技術快速發展，逐漸從實驗室走向各個領域，發揮了巨大的應用價值。MEMS通過微加工技術設計出的綜合了機械和電路的新穎結構，以其批量化、微型化、系統化的獨特優勢，在各個領域掀起一場新的變革。本發明將MEMS技術結合電場傳感器的需求發明了一種基於駐極體的MEMS電場傳感器。
【發明內容】
[0005]針對現有傳感器中存在的不足，本發明提出一種基於駐極體的MEMS電場傳感器，主要由絕緣基板、細條、細絲、支撐面、駐極體所組成。
[0006]所述絕緣基板水平放置於傳感器底部，導電材料做的細條通過濺射或粘貼的方式附著在絕緣基板表面上。
[0007]所述細絲由導電材料做成，放置在絕緣基板的細條的平行上方，一端獨立固定，另一端能自由運動，細絲與細條構成電容的一對上下極板。
[0008]所述支撐面由絕緣材料做成，垂直固定在絕緣基板上，且和細絲保持一定距離。
[0009]所述駐極體粘附於支撐面上，用駐極體膠帶或液態駐極體勻膠粘附。
[0010]所述細絲和細條與外部電路相連，外部電路能通過檢測電容的變化周期大小測量出電場的頻率和幅值。
[0011]所述傳感器的工作方式如下:
[0012]支撐面上的駐極體經過駐極之後，其內部會產生相應的感應電荷，從而在周圍產生靜電場；放置於中間的細絲在靜電場的作用下，發生一個固定的偏轉，即所謂的偏置；在靜電場偏置下的細絲對外加電場的敏感性大大增強，細絲在受到外部的交流電場時，會發生振動,且振動頻率和幅值對應於外部交流電場的頻率和振幅；細絲振動的時候與細條構成的電容極板的交疊面積會發生變化，細絲和細條所構成的電容隨之發生變化，且可變電容大小的周期性的變化反映外部電場的頻率，容值的大小反映外部電場的場強；通過外部電路檢測電容的變化周期大小即能測量出電場的頻率和幅值。
[0013]本發明與已有技術相比的優點:
[0014]I)用駐極體形成了一個內部靜電場，為細絲提供了初始偏置，使得細絲收到很小的擾動就會振動起來，增強了該系統的靈敏性，尤其是針對低頻且強度較弱的電場，
[0015]2)通過絕緣基板上的導電細條，巧妙的將細絲振動信號轉化為電容容值的電信號，方便檢測與處理。
[0016]3)避免了使用光纖系統，成本大大降低；使用MEMS技術十分有利於系統集成和批
量生產。
[0017]4)其結構緊湊體積小，測量精度高，便於集成，穩定可靠且成本大大降低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為基於駐極體的MEMS電場傳感器結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合實施例和附圖對本發明作進一步的說明。
[0020]本發明提出的一種基於駐極體的MEMS電場傳感器，如圖1所示，主要由絕緣基板、細條、細絲、支撐面、駐極體所組成。
[0021]絕緣基板水平放置於傳感器底部，導電材料做的細條通過濺射或粘貼的方式附著在絕緣基板表面上。
[0022]細絲由導電材料做成，放置在絕緣基板的細條的平行上方，一端獨立固定，另一端能自由運動，細絲與細條構成電容的一對上下極板。
[0023]支撐面由絕緣材料做成，垂直固定在絕緣基板上，且和細絲保持一定距離。
[0024]駐極體粘附於支撐面上，用駐極體膠帶或液態駐極體勻膠粘附。
[0025]細絲和細條與外部電路相連，外部電路能通過檢測電容的變化周期大小測量出電場的頻率和幅值。
[0026]本傳感器的工作方式如下:
[0027]支撐面上的駐極體經過駐極之後，其內部會產生相應的感應電荷，從而在周圍產生靜電場；放置於中間的細絲在靜電場的作用下，發生一個固定的偏轉，即所謂的偏置；在靜電場偏置下的細絲對外加電場的敏感性大大增強，細絲在受到外部的交流電場時，會發生振動,且振動頻率和幅值對應於外部交流電場的頻率和振幅；細絲振動的時候與細條構成的電容極板的交疊面積會發生變化，細絲和細條所構成的電容隨之發生變化，且可變電容大小的周期性的變化反映外部電場的頻率，容值的大小反映外部電場的場強；通過外部電路檢測電容的變化周期大小即能測量出電場的頻率和幅值。
[0028]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
【權利要求】
1.一種基於駐極體的MEMS電場傳感器，其特徵在於，主要由絕緣基板、細條、細絲、支撐面、駐極體所組成。
2.根據權利要求1所述的傳感器，其特徵在於，所述絕緣基板水平放置於傳感器底部，導電材料做的細條通過濺射或粘貼的方式附著在絕緣基板表面上。
3.根據權利要求1所述的傳感器，其特徵在於，所述細絲由導電材料做成，放置在絕緣基板的細條的平行上方，一端獨立固定，另一端能自由運動，細絲與細條構成電容的一對上下極板。
4.根據權利要求1所述的傳感器，其特徵在於，所述支撐面由絕緣材料做成，垂直固定在絕緣基板上，且和細絲保持一定距離。
5.根據權利要求1所述的傳感器，其特徵在於，所述駐極體粘附於支撐面上，用駐極體膠帶或液態駐極體勻膠粘附。
6.根據權利要求1所述的傳感器，其特徵在於，所述細絲和細條與外部電路相連，外部電路能通過檢測電容的變化周期大小測量出電場的頻率和幅值。
7.根據權利要求1所述的傳感器，其特徵在於，所述傳感器的工作方式如下: 支撐面上的駐極體經過駐極之後，其內部會產生相應的感應電荷，從而在周圍產生靜電場；放置於中間的細絲在靜電場的作用下，發生一個固定的偏轉，即所謂的偏置；在靜電場偏置下的細絲對外加電場的敏感性大大增強，細絲在受到外部的交流電場時，會發生振動,且振動頻率和幅值對應於外部交流電場的頻率和振幅；細絲振動的時候與細條構成的電容極板的交疊面積會發生變化，細絲和細條所構成的電容隨之發生變化，且可變電容大小的周期性的變化反映外部電場的頻率，容值的大小反映外部電場的場強；通過外部電路檢測電容的變化周期大小即能測量出電場的頻率和幅值。
【文檔編號】G01R29/12GK104020359SQ201410281318
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月20日 優先權日:2014年6月20日
【發明者】黃景傲, 伍曉明, 邊濰 申請人:清華大學