[发明专利]一种静电力调谐型MEMS电场传感器和检测方法

说明书

本发明公开了一种静电力调谐型MEMS电场传感器和控制方法，包括驱动电极、拾振电极、谐振结构、静电力敏感电极，静电力敏感电极与谐振结构相连，驱动电极用于与谐振结构之间形成驱动电容，拾振电极用于与谐振结构之间形成拾振电容，静电力敏感电极用于感应待测电场，引起谐振结构谐振频率的变化，拾振电极检测谐振结构谐振频率的变化，得到待测电场的检测结果。本申请通过在驱动电极上施加激励信号，引起谐振结构的谐振，静电力敏感电极在待测电场的静电力作用下，引起谐振结构的谐振频率的变化，拾振电极通过检测谐振频率的变化，实现对待测电场的测量，本传感器结构简单、易于制备、成本较低，有利于规模化网络化应用。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其是涉及一种静电力调谐型MEMS电场传感器和检测方法。

背景技术

电场传感器是实现电场强度探测的核心部件，广泛应用于航空航天、气象预测、灾害预警、智能电网、工业生产、科学研究等重要领域。随着微纳传感器技术的升级换代和快速发展，多点融合的高精度高稳定性的MEMS电场传感器网络建设是应用升级和填补空白的重要发展方向，因此对高端的数字化智能微型电场传感器需求迫切。

目前的商用电场传感器中，传感器的工作原理普遍基于模拟信号检测输出，在复杂电磁环境中，抗干扰能力仍显不足；尤其是MEMS电场传感器，当前可用芯片主要基于电荷感应原理，因敏感芯片尺寸小、感应面积受限，其有效信号弱，信噪比不太高，对于外部电磁环境变化更为敏感，对高端应用需求仍难以满足。为了提高传感器的性能，满足更高灵敏度和稳定性的电场探测需求，研制数字化的微型电场传感器是一条具有巨大前景的技术路线。

因此，设计高灵敏度和稳定性的电场探测传感器，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种静电力调谐型MEMS电场传感器和检测方法，设置静电力敏感电极，与谐振结构直接相连，用于感应待测电场，将待测电场的静电力作用转移到谐振结构上，改变谐振结构的振动频率，实现对待测电场的精确与高灵敏度测量。

第一方面，本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：

一种静电力调谐型MEMS电场传感器，包括驱动电极、拾振电极、谐振结构、静电力敏感电极，静电力敏感电极与谐振结构相连，驱动电极用于与谐振结构之间形成驱动电容，拾振电极用于与谐振结构之间形成拾振电容，静电力敏感电极用于感应待测电场，引起谐振结构谐振频率的变化，拾振电极检测谐振结构谐振频率的变化，得到待测电场的检测结果。

本发明进一步设置为：静电力敏感电极固定在谐振结构上，静电力敏感电极表面与待测电场方向垂直，驱动电极、拾振电极分别固定设置。

本发明进一步设置为：驱动电极的结构是条形结构、叉指结构、梳齿结构中的至少一种；拾振电极的结构是条形结构、叉指结构、梳齿结构中的至少一种。

本发明进一步设置为：谐振结构的一端固定，或双端固定。

第二方面，本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：

一种静电力调谐型MEMS电场传感器检测方法，在驱动电极上施加激励信号，通过驱动电容使谐振结构产生振动，待测电场对静电力敏感电极产生静电力作用，引起谐振结构谐振频率变化，拾振电极通过拾振电容检测谐振结构谐振频率，检测待测电场强度。

第三方面，本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：

一种静电力调谐型MEMS电场传感器，包括驱动电极、拾振电极、谐振结构、静电力敏感电极、引入电极和外部电极，静电力敏感电极与谐振结构相连，驱动电极用于与谐振结构之间形成驱动电容，拾振电极用于与振梁之间形成拾振电容，外部电极与引入电极相连，引入电极与静电力敏感电极之间形成引入电容，外部电极用于感应待测电场，并将待测电场的静电力作用通过引入电极转移到静电力敏感电极上，引起谐振结构谐振频率的变化，拾振电极检测谐振结构谐振频率的变化，得到待测电场的检测结果。