專利名稱：陣列式微型電場(chǎng)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及微型電場(chǎng)傳感器。
背景技術(shù)：
電場(chǎng)強(qiáng)度是一個(gè)十分重要的跨學(xué)科特性參量。電場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量在航空航天、地學(xué)與環(huán)境檢測(cè)和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域都具有十分重要的應(yīng)用，例如在航空航天領(lǐng)域，大氣電場(chǎng)的強(qiáng)度值被列為航天器能否發(fā)射的重要條件之一，為保障飛行器的安全升空，航天部門十分重視飛行器發(fā)射前雷電的實(shí)時(shí)探測(cè)與監(jiān)測(cè)；在地學(xué)與環(huán)境檢測(cè)領(lǐng)域，電場(chǎng)檢測(cè)被廣泛應(yīng)用于大氣環(huán)流研究、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)、氣象及沙塵的預(yù)報(bào)、石油及礦產(chǎn)勘探、大氣污染檢測(cè)等方面；在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，過(guò)強(qiáng)的電場(chǎng)會(huì)使精密的電子設(shè)備失靈，甚至損壞這些精密的電子設(shè)備，因而在一些精密電子設(shè)備的生產(chǎn)和使用過(guò)程中，需要知道其生產(chǎn)環(huán)境或工作環(huán)境中的電場(chǎng)強(qiáng)度，以免設(shè)備失靈或損壞。
目前已有若干種電場(chǎng)傳感器，根據(jù)不同的應(yīng)用背景、應(yīng)用環(huán)境和檢測(cè)范圍，電場(chǎng)傳感器可分為大氣電場(chǎng)檢測(cè)、海底電場(chǎng)檢測(cè)、電力系統(tǒng)或電器設(shè)備周圍電場(chǎng)檢測(cè)、精密電子設(shè)備生產(chǎn)與使用環(huán)境電場(chǎng)檢測(cè)等；根據(jù)其工作原理，可分為電荷感應(yīng)式和光學(xué)式兩類。電荷感應(yīng)式電場(chǎng)傳感器制作技術(shù)比較成熟，量程大，精度較高，但是由于其體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，在應(yīng)用中受到了一定的限制。光學(xué)式電場(chǎng)傳感器響應(yīng)速度快，噪聲較低，但是一般測(cè)量范圍較窄，成本較高，且不適合于測(cè)量靜電場(chǎng)。
我們已經(jīng)先后申請(qǐng)了多個(gè)微型電場(chǎng)傳感器“垂直振動(dòng)式微型電場(chǎng)傳感器(發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?2147377.3)和平行振動(dòng)式微型電場(chǎng)傳感器(發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?3106433.7)”、“熱驅(qū)動(dòng)微型電場(chǎng)傳感器(發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?00510051260.2)”、“磁驅(qū)動(dòng)或熱磁混合驅(qū)動(dòng)微型電場(chǎng)傳感器(發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?00510051261.7)”、“靜電梳齒激勵(lì)差分檢測(cè)式微型電場(chǎng)傳感器(發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?00510051570.4)”。由于微型電場(chǎng)傳感器尺寸小，其振動(dòng)結(jié)構(gòu)及它們之間的間隙很小，遇到灰塵等可能就會(huì)遭到破壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在前期發(fā)明的基礎(chǔ)上，為了提高微型電場(chǎng)傳感器的可靠性和成品率，增大輸出信號(hào)，提高傳感器的靈敏度，而提出陣列式微型電場(chǎng)傳感器的新方案，該方案可以顯著提高微型電場(chǎng)傳感器的綜合性能。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種陣列式微型電場(chǎng)傳感器，由復(fù)數(shù)個(gè)微型電場(chǎng)傳感器組成，每個(gè)微型電場(chǎng)傳感器，包括屏蔽電極、正感應(yīng)電極、負(fù)感應(yīng)電極和激振單元，其還包括I-V轉(zhuǎn)換單元與求和放大單元，其中，復(fù)數(shù)個(gè)微型電場(chǎng)傳感器，各自在輸出端接一I-V轉(zhuǎn)換單元后，相互并聯(lián)，每個(gè)I-V轉(zhuǎn)換單元的輸出端都與求和放大單元的輸入端電連接，求和放大單元的輸出端接后續(xù)處理電路；傳感器激勵(lì)信號(hào)與每個(gè)微型電場(chǎng)傳感器的驅(qū)動(dòng)單元電連接。
所述的傳感器，其所述復(fù)數(shù)個(gè)微型電場(chǎng)傳感器，至少為二個(gè)。
所述的傳感器，其所述傳感器激勵(lì)信號(hào)，是由一個(gè)獨(dú)立的激振單元發(fā)出的。
所述的傳感器，其所述激振單元，是靜電激振、熱激振、磁激振、壓電激振或者其他激振方式之一。
本發(fā)明的陣列式微型電場(chǎng)傳感器的工作原理屬于電荷感應(yīng)式，采用MEMS加工技術(shù)加工，具有體積小、重量輕、易于集成、可批量生產(chǎn)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的陣列式微型電場(chǎng)傳感器陣列既具有微型電場(chǎng)傳感器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又可以減少因環(huán)境的局部污染而造成傳感器敏感結(jié)構(gòu)的損壞，從而造成傳感器整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)失靈的現(xiàn)象。本發(fā)明是在單個(gè)微型電場(chǎng)傳感器的基礎(chǔ)上，為了確保傳感器測(cè)試系統(tǒng)的可靠性能，將陣列式微型電場(chǎng)傳感器并聯(lián)在測(cè)試系統(tǒng)上；當(dāng)其中一個(gè)或兩個(gè)傳感器遭到破壞，其它的傳感器還可以繼續(xù)啟動(dòng)工作進(jìn)行測(cè)試，這樣可以保證傳感器的正常運(yùn)行，提高微型電場(chǎng)傳感器系統(tǒng)的可靠性和成品率；另外微型電場(chǎng)傳感器的輸出信號(hào)比較微弱，而陣列式微型電場(chǎng)傳感器的輸出是多個(gè)微型電場(chǎng)傳感器輸出信號(hào)的和，因而可以顯著提高微型電場(chǎng)傳感器的輸出信號(hào)，從而提高微型電場(chǎng)傳感器的靈敏度。


圖1.單個(gè)的微型電場(chǎng)傳感器；圖2.微型電場(chǎng)傳感器陣列及其檢測(cè)電路。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，單個(gè)的微型電場(chǎng)傳感器由接地屏蔽電極1，正感應(yīng)電極2，負(fù)感應(yīng)電極3和驅(qū)動(dòng)單元4所組成。在驅(qū)動(dòng)單元4的驅(qū)動(dòng)下，接地的屏蔽電極1可以在平面內(nèi)相對(duì)于其下方的正、負(fù)感應(yīng)電極做來(lái)回周期運(yùn)動(dòng)，在屏蔽電極1位于圖1(a)所示的初始位置時(shí)，正感應(yīng)電極2被屏蔽，在外電場(chǎng)E的作用下，其上面只能感應(yīng)出很少量的感應(yīng)電荷，而此時(shí)的負(fù)感應(yīng)電極3完全暴露，在其表面感應(yīng)出與外電場(chǎng)E成正比的感應(yīng)電荷；相反，當(dāng)屏蔽電極1位于圖1(b)所示的終止位置時(shí)，正感應(yīng)電極2被暴露，在其表面感應(yīng)出與外電場(chǎng)成正比的電荷，此時(shí)負(fù)感應(yīng)電極3被屏蔽，其表面只能感應(yīng)出很少量的電荷。當(dāng)屏蔽電極1在驅(qū)動(dòng)單元4的驅(qū)動(dòng)下在平面內(nèi)做來(lái)回周期運(yùn)動(dòng)時(shí)，正負(fù)感應(yīng)電極上的感應(yīng)電荷將作周期變化，形成與外電場(chǎng)E成正比的交變電流。
陣列式微型電場(chǎng)傳感器是在單個(gè)微型電場(chǎng)傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)明的，如圖2所示，復(fù)數(shù)個(gè)微型電場(chǎng)傳感器，各自在輸出端接一I-V轉(zhuǎn)換單元6后，相互并聯(lián)，每個(gè)I-V轉(zhuǎn)換單元6的輸出端都與求和放大單元7的輸入端電連接，求和放大單元7的輸出端接后續(xù)處理電路。傳感器激勵(lì)信號(hào)5與微型電場(chǎng)傳感器的驅(qū)動(dòng)單元4電連接，給每個(gè)微型電場(chǎng)傳感器的驅(qū)動(dòng)單元4加電，從而驅(qū)使每個(gè)微型電場(chǎng)傳感器的屏蔽電極1在平面內(nèi)作來(lái)回周期運(yùn)動(dòng)，正感應(yīng)電極2和負(fù)感應(yīng)電極3上將形成與外部電場(chǎng)強(qiáng)度成正比的交變電流，該交變電流在I-V轉(zhuǎn)換單元6的作用下轉(zhuǎn)換成一交變的電壓信號(hào)，該交變電壓信號(hào)在求和放大單元7的作用下轉(zhuǎn)換成一個(gè)較大的、便于測(cè)量的與外部電場(chǎng)強(qiáng)度成正比的電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)被輸入后續(xù)處理電路，供后續(xù)處理電路使用。
傳感器激勵(lì)信號(hào)5，是由一個(gè)獨(dú)立的激振單元發(fā)出的(圖2中沒(méi)有繪出)，其是靜電激振、熱激振、磁激振、壓電激振或者其他激振方式之一。
權(quán)利要求
1.一種陣列式微型電場(chǎng)傳感器，由復(fù)數(shù)個(gè)微型電場(chǎng)傳感器組成，每個(gè)微型電場(chǎng)傳感器，包括屏蔽電極、正感應(yīng)電極、負(fù)感應(yīng)電極和驅(qū)動(dòng)單元，其特征在于，還包括I-V轉(zhuǎn)換單元與求和放大單元，其中，復(fù)數(shù)個(gè)微型電場(chǎng)傳感器，各自在輸出端接一I-V轉(zhuǎn)換單元后，相互并聯(lián)，每個(gè)I-V轉(zhuǎn)換單元的輸出端都與求和放大單元的輸入端電連接，求和放大單元的輸出端接后續(xù)處理電路；傳感器激勵(lì)信號(hào)與每個(gè)微型電場(chǎng)傳感器的驅(qū)動(dòng)單元電連接。
2.按權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述復(fù)數(shù)個(gè)微型電場(chǎng)傳感器，至少為二個(gè)。
3.按權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器激勵(lì)信號(hào)，是由一個(gè)獨(dú)立的激振單元發(fā)出的。
4.按權(quán)利要求3所述的傳感器，其特征在于，所述激振單元，是靜電激振、熱激振、磁激振、壓電激振的激振方式中的任一種。
全文摘要
一種陣列式微型電場(chǎng)傳感器，由復(fù)數(shù)個(gè)微型電場(chǎng)傳感器組成，每個(gè)微型電場(chǎng)傳感器，包括屏蔽電極、正感應(yīng)電極、負(fù)感應(yīng)電極和驅(qū)動(dòng)單元，其特征在于，還包括I－V轉(zhuǎn)換單元與求和放大單元，其中，復(fù)數(shù)個(gè)微型電場(chǎng)傳感器，各自在輸出端接一I－V轉(zhuǎn)換單元后，相互并聯(lián)，每個(gè)I－V轉(zhuǎn)換單元的輸出端都與求和放大單元的輸入端電連接，求和放大單元的輸出端接后續(xù)處理電路；傳感器激勵(lì)信號(hào)與每個(gè)微型電場(chǎng)傳感器的驅(qū)動(dòng)單元電連接。本發(fā)明相對(duì)于以往的單個(gè)微型電場(chǎng)傳感器，陣列式微型電場(chǎng)傳感器具有輸出信號(hào)大，檢測(cè)靈敏度高，可靠性好，成品率高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R29/00GK1920584SQ200510093370
公開(kāi)日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2005年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月26日
發(fā)明者陳紹鳳, 陳賢祥, 白強(qiáng), 彭春榮, 夏善紅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所