【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种水含量测量探头，特别是涉及一种基于PCB和电场边缘效应的水含量测量探头及制作方法，属于传感器设计制造
技术介绍
随着集成电路制备技术和微机械技术的发展，各种微型传感器已经广泛应用于宇航、汽车工业等众多的科研及民用领域。但是采用集成电路技术和微机械技术制作传感器周期长且费用高。尤其是在电容式传感器制作中，传感器的高精度通常由电容的电容值决定，容值越大的电容式传感器，其精度越高。而使用集成电路技术和微机械技术制作的传感器体积很小，使得内置电容等效平板面积小，这就严重限制了电容的大小。电容式传感器从原理上可以分为两种，一种为利用正对电场效应制作的传感器，另一种就是利用电场边缘效应制作的传感器。在平行极板电容中，两极板的边缘电场分布于平行极板的两边且电场线是弯曲的，而正对电场分布于平行极板中间且电场线是平行的。在集成电路薄膜工艺和微机械工艺制作的传感器探头中，大部分是利用正对电场效应制作的，器件的大小会直接约束电容值。在微电子领域，从工艺上，电容可以分为集成电路薄膜工艺制造和微机械工艺制造两种。利用集成电路薄膜工艺制作的电容量级通常在pF级别，一般不用于传感器探头结构的制作，而用于后期的处理电路；微机械工艺制作的电容通常采用三维梳齿状形式，如现有专利文献(CN102064021A)介绍的一种微机械梳齿电容器，其采用三维立体梳齿，由固定梳齿电极和可动梳齿电极组成，可动梳齿电极在固...
【技术保护点】
一种基于PCB和电场边缘效应的水含量测量探头，其特征在于：包括依次从上到下设置的高精度检测电容、高介电常数环氧树脂层和恒温控制结构；所述高精度检测电容包括正负极对状梳齿和绝缘油漆，所述正负极对状梳齿附着在高介电常数环氧树脂层上，并浸没在绝缘油漆中、通过绝缘油漆固定在高介电常数环氧树脂层上；所述正负极对状梳齿包括正电极、负电极、若干个成对的正极梳齿和负极梳齿，所述正极梳齿并联于正电极，所述负极梳齿并联于负电极，所述正极梳齿和负极梳齿相互交叉平面设置；所述正电极、负电极、正极梳齿和负极梳齿均采用PCB工艺中的印制覆铜。
【技术特征摘要】
1.一种基于PCB和电场边缘效应的水含量测量探头，其特征在于：包括
依次从上到下设置的高精度检测电容、高介电常数环氧树脂层和恒温控制结
构；
所述高精度检测电容包括正负极对状梳齿和绝缘油漆，所述正负极对状梳
齿附着在高介电常数环氧树脂层上，并浸没在绝缘油漆中、通过绝缘油漆固定
在高介电常数环氧树脂层上；
所述正负极对状梳齿包括正电极、负电极、若干个成对的正极梳齿和负极
梳齿，所述正极梳齿并联于正电极，所述负极梳齿并联于负电极，所述正极梳
齿和负极梳齿相互交叉平面设置；
所述正电极、负电极、正极梳齿和负极梳齿均采用PCB工艺中的印制覆
铜。
2.根据权利要求1所述的基于PCB和电场边缘效应的水含量测量探头，
其特征在于：所述高介电常数环氧树脂层采用FR-4材料制成。
3.根据权利要求1所述的基于PCB和电场边缘效应的水含量测量探头，
其特征在于：所述恒温控制结构包括绝缘加热片和测温传感器，所述绝缘加热
片包括第一绝缘加热片、第二绝缘加热片和第三绝缘加热片，所述测温传感器
包括第一测温传感器和第二测温传感器；所述第一测温传感器位于第一绝缘加
热片和第二绝缘加热片之间，所述第二测温传感器位于第二绝缘加热片和第三
绝缘加热片之间，所述第一绝缘加热片、第二绝缘加热片和第三绝缘加热片通
过加热片导线引出控制。
4.根据权利要求1所述的基于PCB和电场边缘效应的水含量测量探头，
其特征在于：所述正极梳齿和负极梳齿均为15个梳齿，每个梳齿的尺寸是长
为10mm、宽为0.3mm，相邻梳齿的间隔均为0.6mm。
5.根据权利要求4所述的基于PCB和电场边缘效应的水含量测量探头，
其特征在于：所述正极梳齿和负极梳齿均等距交叉设置，正极梳齿和负极梳齿
的交叉深度为9.7mm，正极梳齿远离正电极的一端距离负电极边缘为0.15mm，
负极梳齿远离负电极的一端距离正电极边缘为0.15mm。
6.根据权利要求1所述的基于PCB和电场边缘效应的水含量测量探头，
其特征在于：所述高介电常数环氧树脂层厚度为1.6mm±0.05mm。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的基于PCB和电场边缘效应的水含量
测量探头的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将n个成对的正极梳齿和负极梳齿相互交叉平面设置组成n-1对耦合正
负梳齿电容，并将n个正极梳齿的末端并联于正电极、n个负极梳齿的末端并
联于负电极，从而形成并联关系的正负极对状梳齿；
通过每一对耦合正负梳齿电容cc均由正对电场效应电容cα和边缘电场效
应电容cβ组成，计算获得总的检测电容为Cc、总正对电场效应电容为Cα和总边
缘电场效应电容为Cβ，分别为如下公式，
Cα＝(n-1)cα(1)
Cβ＝(n-1)cβ(2)
Cc＝Cα+Cβ(3)
Cc＝(n-1)cα+(n-1)cβ(4)
其中，n为正极梳齿或负极梳齿的个数；式(4)是将式(1)和式(2)带
入式(3)得到；
2)将正负极对状梳齿附着在高介电常数环氧树脂层上，并浸没在绝缘油
漆中、通过绝缘油漆固定在高介电常数环氧树脂层上，并以高介电常数环氧树
脂层的水平放置方向即水平方向为x轴、垂直方向为y轴；
设正对电场线穿透介质介电常数为εx，正对电场效应系数为α，正对电场
效应对应的平板面积为S1，正对电场效应对应的平板距离为dx，边缘电场线穿
透介质介电常数为εy，边缘电场效应系数为β，边缘电场效应对应的平板面积
为S2，边缘电场效应对应的平板距离为dy，由于电容值与平板距离成反比、与
平板面积成成正比，则总正对电场效应电容Cα和总边缘电场效应电容Cβ为如下
公式，
C α = ( n - 1 ) ϵ x αS 1 d x - - - ( 5 ) ]]> C β = ( n - 1 ) ϵ y βS 2 ...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘恒，阮玮琪，熊丰，徐佳棋，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。