專利名稱：圓形梳齒式微型電場傳感器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及傳感器，特別涉及圓形梳齒式微型電場傳感器。
背景技術(shù)：
電場傳感器廣泛應用于大氣環(huán)流研究、地質(zhì)災害預報、氣象及沙塵的預報、大氣污染檢測等地學領域，以及電機端部和高壓架空線下電場分布的測量，電氣密封裝置內(nèi)放電現(xiàn)象的分析，超高壓輸電線路附近離子流場[和長間隙輝光放電特性等工業(yè)生產(chǎn)領域，在航空航天，靜電防護、生物生理、試驗及生活環(huán)境監(jiān)測方面也有重要應用。
電場傳感器的種類很多，大體上可以根據(jù)其工作原理劃分為機械式和光學式兩種。早期出現(xiàn)的機械式電場傳感器主要有旋片式、雙球式等，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、制作較為方便；缺點為體積大，從而帶來便攜性較差、成本較高、使用范圍較小等缺陷。光學式電場傳感器的優(yōu)點是系統(tǒng)響應速度較快、噪聲低，缺點為制造精度要求高，從而帶來成本較高、安裝較為復雜，且其檢測范圍一般限于較強電場。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種圓形梳齒式微型電場傳感器。
為實現(xiàn)上述目的，一種圓形梳齒式微型電場傳感器，包括梳狀固定電極1和梳狀屏蔽電極2沿振動方向間隔分布在圓周上；在梳狀屏蔽電極2上開有柵孔4；感應電極3放置在柵孔4下面。
本發(fā)明在水平振動式電場傳感器的基礎上，進一步提出了基于微細表面加工技術(shù)的圓形梳齒式微型電場傳感器。與前者相比，后者突出的特點是傳感器工作時采用梳齒式驅(qū)動來實現(xiàn)屏蔽電極相對于感應電機的振動，位移精準，周期性好；感應電極采用多組并聯(lián)，從而加大了檢測信號的強度，便于測量較弱電場信號；由于感應電極采用的是圓形對稱分布，從而可以使用差分電路降低系統(tǒng)噪聲對系統(tǒng)檢測的影響；屏蔽電極上柵孔的分布采用的是少量多組的分布原則，從而有效的降低了單塊屏蔽電極上柵孔間的信號干擾；由于減少了單塊屏蔽電極上柵孔的數(shù)目，從而提高了屏蔽電極在高頻振動下的穩(wěn)定性；激振信號與感應信號的頻率可以不同，有利于降低信號間的電干擾。


圖1是本發(fā)明圓形梳齒式微型電場傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的原理示意圖。
具體實施例方式
圓形梳齒式微型電場傳感器主要由三部分構(gòu)成梳狀固定電極1，梳狀屏蔽電極2和感應電極3。梳狀固定電極1和梳狀屏蔽電極2由導電材料制成，上面開有柵孔4。傳感器的激勵信號由梳狀固定電極1和梳狀屏蔽電極2輸入，感應信號由感應電極3輸出。梳狀固定電極1和梳狀屏蔽電極2的激振方式采用梳齒式驅(qū)動，使梳狀屏蔽電極2和感應電極3發(fā)生周期性相對運動，即沿圖2中法向產(chǎn)生振動。圓形梳齒式微型電場傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由由三部分構(gòu)成梳狀固定電極1，梳狀屏蔽電極2和感應電極3。梳狀固定電極1和梳狀屏蔽電極2由導電材料制成，上面開有柵孔4。傳感器的激勵信號由梳狀固定電極1和梳狀屏蔽電極2輸入，感應信號由感應電極3輸出。梳狀固定電極1和梳狀屏蔽電極2的激振方式采用梳齒式驅(qū)動，使梳狀屏蔽電極2和感應電極3發(fā)生周期性相對運動，即沿圖2中法向產(chǎn)生振動。
梳狀固定電極1和梳狀屏蔽電極2一一對應，沿振動方向間隔分布在圓周上。梳狀固定電極1的數(shù)目應和梳狀屏蔽電極2的數(shù)目一致，且應不低于2個。
梳狀固定電極1和梳狀屏蔽電極2可以由導電材料(比如說多晶硅)，也可以由覆有導電薄膜的其他材料構(gòu)成，梳狀屏蔽電極2上面有柵孔4。柵孔4的形狀可以為矩形、方形、圓形、扇形或三角形，在每組屏蔽電極上沿振動方向分布；柵孔4可以在梳狀屏蔽電極2的中心區(qū)域，可以不位于梳狀屏蔽電極2的中心區(qū)域；每塊梳狀屏蔽電極2上的柵孔4的數(shù)目不宜過多，但至少為一個；柵孔4的面積小于10000mm2。
感應電極3的位置與柵孔4相對應，面積與柵孔4尺寸可以相同，也可以是不同的，感應電極3和梳狀屏蔽電極2一一對應，沿振動方向間隔分布在圓周上。每組感應電極可按圖1中方式對稱放置且并聯(lián)在一起，也可根據(jù)需要分組并聯(lián)和串聯(lián)在一起，只要使得檢測信號加強即可。感應電極3的數(shù)目應和梳狀屏蔽電極2的數(shù)目一致，且應不低于2個。
梳狀固定電極1和梳狀屏蔽電極2的激振方式采用梳齒式驅(qū)動，使梳狀屏蔽電極2與感應電極3產(chǎn)生周期性法向相對運動。根據(jù)激振信號的大小以及柵孔4與感應電極相對移動的幅度。
傳感器的主體結(jié)構(gòu)可以采用體硅加工工藝制備，電極采用濺射或蒸發(fā)金屬的方法制備，也可以采用平面加工等其它方法制備傳感器主體結(jié)構(gòu)和電極。
圖2為圓形梳齒式微型電場傳感器原理圖。
圖2(a)是原理示意圖(俯視圖)為初始狀態(tài)時屏蔽電極和感應電極的位置。屏蔽電極正好擋住感應電極的一半。
圖2(b)是原理示意圖(俯視圖)表示振動過程中屏蔽電極相對感應電極發(fā)生順時針偏移時，柵孔4位于感應電極3a正上方的情況，外電場穿過柵孔6，在感應電極3a上產(chǎn)生的感生電荷最多，在感應電極3b上產(chǎn)生的感生電荷最少。
圖2(c)是原理示意圖(俯視圖)表示振動過程中屏蔽電極相對感應電極發(fā)生逆時針偏移時，柵孔4位于感應電極3b正上方的情況，外電場穿過柵孔4，在感應電極3b上產(chǎn)生的感生電荷最多，在感應電極3a上產(chǎn)生的感生電荷最少。
圖2(d)，圖2(e)是原理示意圖(側(cè)視圖)上部是梳狀屏蔽電極2，接地以產(chǎn)生屏蔽效果；下部是感應電極3，輸出感應信號。
振動部分作周期性振動時，感應電極3上的感應電荷也作周期性的改變，對外輸出就形成交流電流信號。待測電場強時感應電極3上的感應電荷多，在振動一個周期內(nèi)所產(chǎn)生的感應電荷變化量大，在振動頻率不變的情況下輸出的交流電流大，輸出的交流電流信號可以反映外界電場強度的大小。在外電場的場強固定情況下，改變振動頻率也可以使輸出的交流電流變化，因此可以通過調(diào)節(jié)振動頻率控制量程。
權(quán)利要求
1.一種圓形梳齒式微型電場傳感器，包括梳狀固定電極(1)和梳狀屏蔽電極(2)沿振動方向間隔分布在圓周上；在梳狀屏蔽電極(2)上開有柵孔(4)；感應電極(3)放置在柵孔(4)下面。
2.按權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述梳狀固定電極(1)和梳狀屏蔽電極(2)的數(shù)量相同。
3.按權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述梳狀固定電極(1)和梳狀屏蔽電極(2)至少分別為兩個。
4.按權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述梳狀固定電極(1)和梳狀屏蔽電極(2)由導電材料或覆有導電薄膜的材料制成。
5.按權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述柵孔(4)位于梳狀屏蔽電極(2)的中心區(qū)域。
6.按權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述柵孔(4)位于梳狀屏蔽電極(2)的中心區(qū)域以外的區(qū)域。
7.按權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述柵孔(4)的形狀為矩形、方性、圓形，扇形或三角形。
8.按權(quán)利要求1或7所述的傳感器，其特征在于所述每塊梳狀屏蔽電極(2)上的柵孔(4)至少為一個。
9.按權(quán)利要求1或7所述的傳感器，其特征在于所述柵孔(4)的面積小于10000平方毫米。
10.按權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述感應電極(3)的面積與柵孔(4)相同或不同。
11.按權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述感應電極(3)對稱放置。
12.按權(quán)利要求1或11所述的傳感器，其特征在于所述感應電極(3)分組串聯(lián)或并聯(lián)在一起。
全文摘要
一種圓形梳齒式微型電場傳感器，包括梳狀固定電極(1)和梳狀屏蔽電極(2)沿振動方向間隔分布在圓周上；在梳狀屏蔽電極(2)上開有柵孔(4)；感應電極(3)放置在柵孔(4)下面。本發(fā)明的傳感器工作時采用梳齒式驅(qū)動來實現(xiàn)屏蔽電極相對于感應電機的振動，位移精準，周期性好；感應電極采用多組并聯(lián)，從而加大了檢測信號的強度，便于測量較弱電場信號；由于感應電極采用的是圓形對稱分布，從而可以使用差分電路降低系統(tǒng)噪聲對系統(tǒng)檢測的影響；屏蔽電極上柵孔的分布采用的是少量多組的分布原則，從而有效的降低了單塊屏蔽電極上柵孔間的信號干擾。
文檔編號G01R29/12GK1769913SQ20041008860
公開日2006年5月10日 申請日期2004年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月5日
發(fā)明者夏善紅, 陶虎 申請人:中國科學院電子學研究所