諧振型壓電驅動式地面電場傳感器的製造方法
2023-08-12 09:07:36
諧振型壓電驅動式地面電場傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明是一種諧振型壓電驅動式地面電場傳感器，包括：在壓電驅動片上設有多個孔；在每個金屬感應電極上設有多個固接孔；在金屬固定板上對稱布設有多個連接孔；每個絕緣柱的底端固接於金屬固定板上的一個連接孔內；每個絕緣柱的上端部分別固接於每個金屬感應電極上的一個固接孔內；每個金屬柱的下端固接於金屬固定板上的一個連接孔內；每個金屬柱的頂端固接於壓電驅動片的一個孔內；多個金屬柱位於每對絕緣柱之間；壓電驅動片位於由多個絕緣柱、金屬固定板和多個金屬感應電極組成的空間中，且壓電驅動片、金屬固定板和多個金屬感應電極相互平行，壓電驅動片通過多個金屬柱與金屬固定板連接，多個金屬感應電極分別通過每個絕緣柱與金屬固定板連接。
【專利說明】諧振型壓電驅動式地面電場傳感器
【技術領域】
[0001]本發明涉及傳感器，特別涉及諧振型壓電驅動式地面電場傳感器。
【背景技術】
[0002]地面電場傳感器是地面電場探測的重要設備，地面電場探測對於雷電天氣預警具有重要意義。晴朗天氣裡和雷暴天氣的大氣電場差別很大，通過地面電場探測及時發現大氣電場的這種變化，並加以研究分析，就可以起到雷電預警作用。現有的地面電場傳感器主要是場磨式電場傳感器和基於矽微加工技術的電場傳感器，其中場磨式電場傳感器出現得時間早，技術相對成熟，在地面電場探測中應用廣泛。基於矽微加工技術的電場傳感器是近些年出現的一種微型電場傳感器，這種微型電場傳感器通常以矽片為主要材料，由普通集成電路工藝技術對矽材料加工而成，具有尺寸小(一般小於I釐米)、重量輕、功耗低、易於批量化的優點。但這種微型電場傳感器由於體積微小，對空氣中的水滴、灰塵都較敏感，容易損壞，因此需要進行封裝，而封裝微型電場傳感器是一個較難的問題，而且會增加傳感器的研製周期和成本，因此這種微型電場傳感器還處於研究探索階段，距離實用化還有一些距離。
【發明內容】
[0003]為了解決現有技術方案存在的技術問題，本發明的目的是提供一種諧振型壓電驅動式地面電場傳感器。
[0004]為實現上述目的，本發明提供的諧振型壓電驅動式地面電場傳感器的技術方案包括:一壓電驅動片、多個金屬感應電極、一金屬固定板，多個絕緣柱和多個金屬柱，其中:
[0005]在壓電驅動片上設有多個孔；
[0006]在每個金屬感應電極上設有多個固接孔；
[0007]在金屬固定板上對稱布設有多個連接孔；
[0008]每個絕緣柱的底端固接於金屬固定板上的一個連接孔內；
[0009]每個絕緣柱的上端部分別固接於每個金屬感應電極上的一個固接孔內；
[0010]每個金屬柱的下端固接於金屬固定板上的一個連接孔內；
[0011]每個金屬柱的頂端固接於壓電驅動片的一個孔內；
[0012]多個金屬柱位於每對絕緣柱之間；壓電驅動片位於由多個絕緣柱、金屬固定板和多個金屬感應電極組成的空間中，且壓電驅動片、金屬固定板和多個金屬感應電極相互平行，壓電驅動片通過多個金屬柱與金屬固定板連接，多個金屬感應電極分別通過每個絕緣柱與金屬固定板連接。
[0013]優選實施例，所述壓電驅動片含有呈方形或圓形的銅片和壓電陶瓷，銅片的上表面與壓電陶瓷下表面粘結成一體，壓電陶瓷的上表面有一層銀電極。
[0014]優選實施例，在所述銅片上布設有兩個對稱的孔。
[0015]優選實施例，所述金屬感應電極是使用一對金屬感應電極，每個金屬感應電極呈方形。
[0016]優選實施例，所述金屬固定板呈方形，在金屬固定板的四角各設有一個連接孔，四個連接孔分別用於固定四個絕緣柱。
[0017]優選實施例，在金屬固定板兩邊緣的中間位置分別布設有兩個對稱的連接孔兩個對稱的連接用於固定兩個金屬柱。
[0018]本發明的有益效果:
[0019]本專利發明的這種諧振型壓電驅動式地面電場傳感器採用傳統的機械加工技術製作，但體積較場磨式電場傳感器小，功耗也更低一些。與基於娃微加工技術的微型電場傳感器相比，這種新傳感器雖然體積更大，但其結構相對簡單，縮短了傳感器的研製周期，且這種新傳感器可以直接暴露於空氣之中，避免了考慮傳感器敏感結構的封裝問題，適用於惡劣天氣下地面電場的探測。另外，這種電場傳感器利用壓電驅動片在一定的諧振頻率下的振動模態，實現了差分電流輸出，有利於提高傳感器靈敏度和抑制環境幹擾。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1a是本發明採用方形壓電驅動片的電場傳感器結構示意圖；
[0021]圖1b是圖1a的方形壓電驅動片正面示意圖；
[0022]圖2a是本發明諧振型、圓形壓電驅動片地面電場傳感器的結構示意圖；
[0023]圖2b是圖2a的圓形壓電驅動片正面示意圖；
[0024]圖3是本發明的本發明諧振型壓電驅動式地面電場傳感器基本工作原理示意圖。【具體實施方式】
[0025]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0026]本發明的諧振型壓電驅動式地面電場傳感器，壓電驅動片I和多個金屬感應電極，金屬固定板4，多個絕緣柱5和多個金屬柱6，其中:在壓電驅動片I上設有多個孔；在每個金屬感應電極上設有多個固接孔；在金屬固定板4上對稱布設有多個連接孔；每個絕緣柱5的底端固接於金屬固定板4上的一個連接孔內；每個絕緣柱5的上端部分別固接於每個金屬感應電極上的一個固接孔內；每個金屬柱6的下端固接於金屬固定板4上的一個連接孔內；每個金屬柱6的頂端固接於壓電驅動片I的一個孔內；多個金屬柱6位於每對絕緣柱5之間；壓電驅動片I位於由多個絕緣柱5、金屬固定板4和多個金屬感應電極組成的空間中，且壓電驅動片1、金屬固定板4和多個金屬感應電極相互平行，壓電驅動片I通過多個金屬柱6與金屬固定板4連接，多個金屬感應電極2和3分別通過每個絕緣柱5與金屬固定板4連接。
[0027]如圖1a和圖1b示出採用方形壓電驅動片的電場傳感器結構的實施例1，使用一個壓電驅動片1、一對完全相同的金屬感應電極、一塊金屬固定板4、四個絕緣柱5和兩個金屬柱6組成。一對完全相同的金屬感應電極是左感應電極2和右感應電極3。
[0028]所述多個金屬感應電極是使用一對金屬感應電極2和3且呈方形，並帶有多個固接孔，通過絕緣柱5與金屬固定板4連接固定，每個金屬感應電極與一對絕緣柱5連接。
[0029]如圖1a和圖1b示出壓電驅動片I呈方形，或如圖2a和圖2b示出壓電驅動片I呈圓形，所述壓電驅動片I含有呈方形或圓形的銅片12和壓電陶瓷11，銅片12的上表面與壓電陶瓷11下表面粘結成一體，壓電陶瓷11的上表面有一層銀電極13。由面積較大的銅片12與面積較小的壓電陶瓷11粘結而成，壓電陶瓷11的外側有一層銀電極13，在諧振型壓電驅動式地面電場傳感器工作時可施加交流驅動電壓。
[0030]壓電驅動片I的銅片12部分有兩個對稱的孔，通過兩個金屬柱6連接固定壓電驅動片I。所述金屬固定板4呈方形，在金屬固定板4的四角各設有一個連接孔，四個連接孔分別用於固定四個絕緣柱5。在金屬固定板4兩邊緣的中間位置分別布設有兩個對稱的連接孔兩個對稱的連接用於固定兩個金屬柱6。
[0031 ] 如圖3示出在外電場E中，諧振型壓電驅動式地面電場傳感器工作時，需在壓電陶瓷11的銀電極13的一側加交流驅動電壓，而壓電陶瓷11的銅片12部分通過金屬柱6與金屬固定板4共同接地，壓電驅動片I則產生周期振動，其中銅片12可以起到調製外電場E的作用，使得感應電極2和3上產生周期變化的感應電荷。當交流驅動電壓處於一定的頻率時，壓電驅動片I會處於諧振狀態，形成類似「蹺蹺板」式的振動模態，即壓電驅動片I的一端遠離感應電極、一端靠近感應電極,這樣,在這種振動模態下,左感應電極2和右感應電極3上感應電荷量的變化趨勢相反，從而形成了一對差分電流信號i+和i_，利用後續的差分信號檢測系統檢測出這對差分電流信號，並通過對諧振型壓電驅動式地面電場傳感器進行標定，便可以實現對外電場的檢測。這種差分檢測的優點在於可以提高傳感器的靈敏度並抑制環境幹擾。
[0032]需要說明的是，選擇「蹺蹺板」振動模態，是因為這種振動模態比較簡單，其實在壓電驅動片的其它某些諧振頻率的軸對稱振動模態，只要能保證左感應電極2、右感應電極3上形成變化趨勢相反的感應電荷，均可以實現諧振型壓電驅動式地面電場傳感器的差分信號輸出，也就是說，諧振型壓電驅動式地面電場傳感器在實際工作中，可能有更多的諧振頻率工作點可以選擇，但相比較而言，「蹺蹺板」模態最簡單，最容易實現。
[0033]另外，方形壓電驅動片和圓形壓電驅動片的最大尺寸一般不大於I分米，因此這種諧振型壓電驅動式地面電場傳感器具有體積較小的優點。
[0034]實施例2
[0035]所述多個金屬感應電極，不限於一對相同的金屬感應電極2和3,還可以使用兩對或更多對相同的金屬感應電極。
[0036]所述多個絕緣柱5，不限於四個絕緣柱5，根據金屬固定板4的尺寸大小還可以使用六個、八個絕緣柱5。
[0037]所述多個金屬柱6，不限於兩個金屬柱6，根據壓電驅動片I的尺寸大小還可以使用四個、六個、八個金屬柱5。
[0038]以上所述，僅為本發明中的【具體實施方式】，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術範圍內，可理解想到的變換或替換，都應涵蓋在本發明的包含範圍之內。
【權利要求】
1.一種諧振型壓電驅動式地面電場傳感器，其特徵在於包括:一壓電驅動片、多個金屬感應電極、一金屬固定板，多個絕緣柱和多個金屬柱，其中:在壓電驅動片上設有多個孔； 在每個金屬感應電極上設有多個固接孔； 在金屬固定板上對稱布設有多個連接孔； 每個絕緣柱的底端固接於金屬固定板上的一個連接孔內； 每個絕緣柱的上端部分別固接於每個金屬感應電極上的一個固接孔內； 每個金屬柱的下端固接於金屬固定板上的一個連接孔內； 每個金屬柱的頂端固接於壓電驅動片的一個孔內； 多個金屬柱位於每對絕緣柱之間；壓電驅動片位於由多個絕緣柱、金屬固定板和多個金屬感應電極組成的空間中，且壓電驅動片、金屬固定板和多個金屬感應電極相互平行，壓電驅動片通過多個金屬柱與金屬固定板連接，多個金屬感應電極分別通過每個絕緣柱與金屬固定板連接。
2.按權利要求1所述的諧振型壓電驅動式地面電場傳感器，其特徵在於，所述壓電驅動片含有呈方形或圓形的銅片和壓電陶瓷，銅片的上表面與壓電陶瓷下表面粘結成一體，壓電陶瓷的上表面有一層銀電極。
3.按權利要求2所述的諧振型壓電驅動式地面電場傳感器，其特徵在於，在所述銅片上布設有兩個對稱的孔。
4.按權利要求1所述的諧振型壓電驅動式地面電場傳感器，其特徵在於，所述金屬感應電極是使用一對金屬感應電極，每個金屬感應電極呈方形。
5.按權利要求1所述的諧振型壓電驅動式地面電場傳感器，其特徵在於，所述金屬固定板呈方形，在金屬固定板的四角各設有一個連接孔，四個連接孔分別用於固定四個絕緣柱。
6.按權利要求5所述的諧振型壓電驅動式地面電場傳感器，其特徵在於，在金屬固定板兩邊緣的中間位置分別布設有兩個對稱的連接孔兩個對稱的連接用於固定兩個金屬柱。
【文檔編號】G01R29/12GK103901284SQ201210580187
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月27日 優先權日:2012年12月27日
【發明者】夏善紅, 葉超, 彭春榮, 陳賢祥 申請人:中國科學院電子學研究所, 國家衛星氣象中心