[发明专利]异型电极微型电场传感器

说明书

技术领域

本发明涉及电场传感器技术领域，尤其是一种异型电极微型电场传感器。

背景技术

电场传感器是测量电场强度和电势的装置，它广泛应用于国防、航空航天、气象探测、电力、地震预报、科学研究以及工业生产等多个领域，具有非常重要的作用。譬如，在气象领域，借助电场传感器对地面和空中大气电场变化的监测，可以获取准确的气象信息，从而为导弹、卫星等飞行器发射升空提供安全保障；在工业生产领域，利用静电场传感器监测工业环境中的电势分布和电场分布，有助于我们及时采取有效措施预防事故的发生；通过测量电力系统和电器设备周围电场，可用于故障监测和诊断等等。此外电场检测在静电防护、电磁环境监测、以及科学研究等方面也具有十分重要的应用。

微型电场传感器是基于微机电系统(MEMS)技术研制的一类电场传感器，相对于采用传统机械加工技术制备的电场传感器，是加工方式的改变。微型电场传感器具有体积小、成本低、功耗低、易于集成化、易于批量生产等优点，很好地满足了电场传感器的发展趋势和需求，进一步拓宽了其应用领域。

目前国内外报道的微型电场传感器主要采用表面多晶硅工艺制备，传感器敏感结构的屏蔽电极位于电场感应电极的上方。其基本原理是通过屏蔽电极的周期振动，使传感器感应电极上的感应电荷量发生变化，从而达到外电场检测目的。但受屏蔽电极边缘效应的影响，终止在传感器电场感应电极上的电场线较少，电荷感应效率偏低，从而导致传感器灵敏度难于进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种异型电极微型电场传感器，其屏蔽电极与感应电极位于同一结构层，电极结构异型，充分利用电极周围等位面畸变，进一步提高了器件的灵敏度，以克服现有微型电场传感器的不足之处。

为达到所述目的，本发明的技术解决方案是：

一种异型电极微型电场传感器，包括传感器敏感单元、驱动电路单元与信号检测电路单元；其传感器敏感单元包括：衬底、激励单元、屏蔽电极、电场感应电极和锚点；

其中，衬底位于传感器敏感结构中间位置，屏蔽电极和电场感应电极组成的阵列固定在衬底上表面，屏蔽电极和电场感应电极交替排列；

至少两激励单元固定在衬底上表面，位于电极阵列周缘，分别对称布置在衬底的两侧，并分别与屏蔽电极电连接；

多个锚点固定在衬底上表面，位于电极阵列周缘，分别两两对称布置在衬底的另两侧，并分别与电场感应电极电连接；

工作时，至少两激励单元分别与驱动电路单元电连接，多个锚点分别与信号检测电路单元电连接。

所示的传感器，其衬底上表面有一绝缘隔离层，激励单元、屏蔽电极、电场感应电极、锚点固定在绝缘隔离层上表面，位于同一结构层。

所示的传感器，其所述绝缘隔离层，为二氧化硅层。

所述的传感器，其所述激励单元，包括激励电极和支撑梁；激励电极是静电梳齿激励电极、热激励电极、电磁激励电极或压电激励电极其中之一，支撑梁是单梁、双折梁、斜梁、蛇形梁或蟹子形梁其中之一。

所述的传感器，其所述屏蔽电极和电场感应电极分别包括横梁和电极结构；其中，电极结构采用结构支撑臂连接电极阵列的方式；

屏蔽电极的横梁和电场感应电极的横梁相互平行设置，结构支撑臂分别与横梁侧面垂直固连，电极阵列分别与结构支撑臂侧面垂直固连；结构支撑臂相互平行交替设置，电极阵列相互相对交错设置；

屏蔽电极的横梁两端分别与激励单元电连接。

所述的传感器，其所述横梁结构支撑臂，是剖面为矩形、平行四边形或其它规则或不规则的长条形状。

所述的传感器，其所述电极阵列中的电极，其结构形状是台阶形、梯形、三角形、圆形、半圆形或平行四边形其中之一，或几种的组合。

所述的传感器，其所述电极结构，采用蛇形结构、梯形蛇形结构、台阶型蛇形结构其中之一，或几种的组合。

所述的传感器，其所述屏蔽电极和电场感应电极的电极结构相同，或不同，采用相同的电极阵列，或采用不同的电极阵列。

所述的传感器，其所述屏蔽电极和电场感应电极结构布置方式有混合布置方式、差分布置方式或非差分布置方式。

所述的传感器，其所述传感器的工作模式是包括谐振和非谐振的开环模式、恒幅振动模式或闭环自激模式其中之一。

所述的传感器，其所述屏蔽电极的振动方式是水平周期振动、垂直周期振动或周期性扭动其中之一。