基于驻极体的mems电场传感器的制造方法
【专利摘要】本发明属于传感器【技术领域】，尤其涉及一种基于驻极体的MEMS电场传感器，主要用于空间中低频交流电场的测量。该传感器包括：绝缘基板、细条、细丝、支撑面、驻极体；其中细丝置于绝缘基板平行上方，并与基板上的导电细条构成电容。通过支撑面上粘附的驻极体构成的静电场，对处于场中的金属细丝提供适当的偏置。当外加交流电场时金属细丝会产生相应频率和振幅的振动，本发明通过检测金属细丝和基板上导电细条构成的电容的变化来测量外加交流电场的大小和幅值。本发明采用MEMS微加工工艺制造，体积小，携带方便，设备简单，相比于已有的光纤测量系统成本低很多。
【专利说明】基于驻极体的MEMS电场传感器
【技术领域】
[0001]本发明属于传感器【技术领域】，尤其涉及一种基于驻极体的MEMS电场传感器。
【背景技术】
[0002]电场传感器广泛应用于工业生产和科研项目中，如铁路自动系统、飞机航天器运行的电场环境检测，高压输电线工频电场分布，精密电子设备的电磁屏蔽与兼容等等。上述环境中电场的大小直接影响正常的工作和研究，因此电场的测量十分重要。
[0003]电场有频率和场强两重特点。从频率来分,主要有静电场、低频电场和高频电场，每类频率中根据电场强度又有强电场有弱电场。根据电场的频率特点主要有三类电场传感器:静电场传感器，低频交流电场传感器和高频交流电场传感器。静电场测量比较简单。目前低频段主要用的是基于天线的电磁感应原理来进行测量，高频段多采用晶体的电光效应来测量电场；二者都要经过光纤系统进行传输再后续处理，系统复杂，敏感度不高，一般体积都很大，不利于集成，且成本很高。
[0004]当前，MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem,微机电系统)技术快速发展，逐渐从实验室走向各个领域，发挥了巨大的应用价值。MEMS通过微加工技术设计出的综合了机械和电路的新颖结构，以其批量化、微型化、系统化的独特优势，在各个领域掀起一场新的变革。本发明将MEMS技术结合电场传感器的需求发明了一种基于驻极体的MEMS电场传感器。
【发明内容】
[0005]针对现有传感器中存在的不足，本发明提出一种基于驻极体的MEMS电场传感器，主要由绝缘基板、细条、细丝、支撑面、驻极体所组成。
[0006]所述绝缘基板水平放置于传感器底部，导电材料做的细条通过溅射或粘贴的方式附着在绝缘基板表面上。
[0007]所述细丝由导电材料做成，放置在绝缘基板的细条的平行上方，一端独立固定，另一端能自由运动，细丝与细条构成电容的一对上下极板。
[0008]所述支撑面由绝缘材料做成，垂直固定在绝缘基板上，且和细丝保持一定距离。
[0009]所述驻极体粘附于支撑面上，用驻极体胶带或液态驻极体匀胶粘附。
[0010]所述细丝和细条与外部电路相连，外部电路能通过检测电容的变化周期大小测量出电场的频率和幅值。
[0011]所述传感器的工作方式如下:
[0012]支撑面上的驻极体经过驻极之后，其内部会产生相应的感应电荷，从而在周围产生静电场；放置于中间的细丝在静电场的作用下，发生一个固定的偏转，即所谓的偏置；在静电场偏置下的细丝对外加电场的敏感性大大增强，细丝在受到外部的交流电场时，会发生振动,且振动频率和幅值对应于外部交流电场的频率和振幅；细丝振动的时候与细条构成的电容极板的交叠面积会发生变化，细丝和细条所构成的电容随之发生变化，且可变电容大小的周期性的变化反映外部电场的频率，容值的大小反映外部电场的场强；通过外部电路检测电容的变化周期大小即能测量出电场的频率和幅值。
[0013]本发明与已有技术相比的优点:
[0014]I)用驻极体形成了一个内部静电场，为细丝提供了初始偏置，使得细丝收到很小的扰动就会振动起来，增强了该系统的灵敏性，尤其是针对低频且强度较弱的电场，
[0015]2)通过绝缘基板上的导电细条，巧妙的将细丝振动信号转化为电容容值的电信号，方便检测与处理。
[0016]3)避免了使用光纤系统，成本大大降低；使用MEMS技术十分有利于系统集成和批
量生产。
[0017]4)其结构紧凑体积小，测量精度高，便于集成，稳定可靠且成本大大降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为基于驻极体的MEMS电场传感器结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明。
[0020]本发明提出的一种基于驻极体的MEMS电场传感器，如图1所示，主要由绝缘基板、细条、细丝、支撑面、驻极体所组成。
[0021]绝缘基板水平放置于传感器底部，导电材料做的细条通过溅射或粘贴的方式附着在绝缘基板表面上。
[0022]细丝由导电材料做成，放置在绝缘基板的细条的平行上方，一端独立固定，另一端能自由运动，细丝与细条构成电容的一对上下极板。
[0023]支撑面由绝缘材料做成，垂直固定在绝缘基板上，且和细丝保持一定距离。
[0024]驻极体粘附于支撑面上，用驻极体胶带或液态驻极体匀胶粘附。
[0025]细丝和细条与外部电路相连，外部电路能通过检测电容的变化周期大小测量出电场的频率和幅值。
[0026]本传感器的工作方式如下:
[0027]支撑面上的驻极体经过驻极之后，其内部会产生相应的感应电荷，从而在周围产生静电场；放置于中间的细丝在静电场的作用下，发生一个固定的偏转，即所谓的偏置；在静电场偏置下的细丝对外加电场的敏感性大大增强，细丝在受到外部的交流电场时，会发生振动,且振动频率和幅值对应于外部交流电场的频率和振幅；细丝振动的时候与细条构成的电容极板的交叠面积会发生变化，细丝和细条所构成的电容随之发生变化，且可变电容大小的周期性的变化反映外部电场的频率，容值的大小反映外部电场的场强；通过外部电路检测电容的变化周期大小即能测量出电场的频率和幅值。
[0028]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种基于驻极体的MEMS电场传感器，其特征在于，主要由绝缘基板、细条、细丝、支撑面、驻极体所组成。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述绝缘基板水平放置于传感器底部，导电材料做的细条通过溅射或粘贴的方式附着在绝缘基板表面上。
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述细丝由导电材料做成，放置在绝缘基板的细条的平行上方，一端独立固定，另一端能自由运动，细丝与细条构成电容的一对上下极板。
4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述支撑面由绝缘材料做成，垂直固定在绝缘基板上，且和细丝保持一定距离。
5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述驻极体粘附于支撑面上，用驻极体胶带或液态驻极体匀胶粘附。
6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述细丝和细条与外部电路相连，外部电路能通过检测电容的变化周期大小测量出电场的频率和幅值。
7.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器的工作方式如下: 支撑面上的驻极体经过驻极之后，其内部会产生相应的感应电荷，从而在周围产生静电场；放置于中间的细丝在静电场的作用下，发生一个固定的偏转，即所谓的偏置；在静电场偏置下的细丝对外加电场的敏感性大大增强，细丝在受到外部的交流电场时，会发生振动,且振动频率和幅值对应于外部交流电场的频率和振幅；细丝振动的时候与细条构成的电容极板的交叠面积会发生变化，细丝和细条所构成的电容随之发生变化，且可变电容大小的周期性的变化反映外部电场的频率，容值的大小反映外部电场的场强；通过外部电路检测电容的变化周期大小即能测量出电场的频率和幅值。
【文档编号】G01R29/12GK104020359SQ201410281318
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】黄景傲, 伍晓明, 边潍 申请人:清华大学