球载式MEMS探空电场传感器及其集成系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种球载式MEMS探空电场传感器及其集成系统，该球载式MEMS探空电场传感器包括：保温罩，内部形成一空腔，用于提供一容纳空间，并且该保温罩具有一开口；MEMS电场传感器敏感芯片，设于所述保温罩所述容纳空间内；感应探头，其一端固定连接在所述保温罩内的所述传感器敏感芯片上，另一端经所述保温罩的开口延伸至所述保温罩的外部。本实用新型专利技术球载式MEMS探空电场传感器及其集成系统，使用便捷，可避免受到低温、高湿度、降水等恶劣环境的影响，具有更高的灵敏度及稳定性。

Spherical MEMS sounding electric field sensor and its integrated system

The utility model provides a ball loading MEMS sounding electric field sensor and integrated system, the ball loading MEMS sounding electric field sensor comprises a heat insulating cover, forming a cavity, for providing a space, and the thermal insulation cover is provided with an opening; the MEMS electric field sensor sensitive chip is arranged on the insulation cover of the housing space; the end is fixedly connected with the sensing probe, the sensor chip insulation cover at the other end, through the external insulation cover opening extending to the insulation cover. The ball loaded MEMS sounding electric field sensor and its integrated system are convenient to use, and can avoid being affected by harsh environment such as low temperature, high humidity and precipitation. It has higher sensitivity and stability.

【技术实现步骤摘要】
球载式MEMS探空电场传感器及其集成系统
本技术涉及空中电场监测
，尤其涉及一种球载式MEMS探空电场传感器及其集成系统。
技术介绍
电场监测具有十分重要的意义。在气象领域，监测地表及高空大气电场变化，可获知雷电的孕育、发展及发生信息，为雷电预警提供重要指标，从而为导弹和卫星等飞行器的发射升空提供重要的安全保障，也能够为森林、景区、输电线路、石化炼厂提供预警信息；在电网领域，监测输电线路及变电站等附近的电场，可准确获知交直流电压及相位信息，为智能电网输电状态提供重要参考，也可获知输电线路附近民宅等设施附近电场强度，为评估电网电磁环境影响提供依据；在石化领域，人体、设备、油气等静电荷积累到一定程度后容易引发放电，造成火灾、爆炸等严重的安全事故，通过监测电场，评估静电高危区域带电情况，为石化领域安全生产提供有力支撑。然而，电场检测离不开对电场传感器的基础研究工作。随着电场检测技术的发展，电场传感器朝体积小、集成化、批量化的方向发展，尤其是基于微纳米技术的电场传感器具有成本低、体积小、功耗低、可实现批量生产、易于集成化、工作频带宽，以及电场探测的空间分辨率高等突出优点，是电场探测传感器的重要发展方向，受到国际上越来越多的关注。然而，在进行空中电场测试时，传感器需面临低温、高湿、低气压、降水等多种恶劣环境的影响，探空电场传感器的结构设计及对应结构的标定方法尤为重要。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决或者至少部分缓解上述技术问题，本技术提供了一种球载式MEMS探空电场传感器及其集成系统。本技术球载式MEMS探空电场传感器及其集成系统，使用便捷，可避免受到低温、高湿度、降水等恶劣环境的影响，具有更高的灵敏度及稳定性。(二)技术方案根据本技术的一个方面，提供了一种球载式MEMS探空电场传感器，包括：保温罩，内部形成一空腔，用于提供一容纳空间；并且该保温罩具有一开口；MEMS电场传感器敏感芯片，设于所述保温罩所述容纳空间内；感应探头，其一端固定连接在所述保温罩内的所述传感器敏感芯片上，另一端经所述保温罩的开口延伸至所述保温罩的外部。在本技术的一些实施例中，所述感应探头从所述保温罩内部向外延伸预设长度，其位于所述保温罩之外的一端部的形状为球体、倒角圆柱体或倒角正方体。在本技术的一些实施例中，在所述开口处的所述感应探头与保温罩之间设有绝缘隔离层，绝缘隔离层电阻率不小于108Ωcm。在本技术的一些实施例中，所述保温罩为防静电保温罩，该防静电保温罩通过在泡沫或塑料外表面涂覆、包裹金属材料或防静电材料形成。在本技术的一些实施例中，还包括：信号处理单元，位于所述保温罩之内，用于为敏感芯片提供工作的驱动信号，及处理敏感芯片的输出信号；电源，包括干电池或干电池组，固定于所述保温罩内部；以及加热单元，用于对MEMS电场传感器敏感芯片及信号处理单元进行辅助供热。根据本技术的另一个方面，提供了一种MEMS探空电场传感器集成系统，包括所述的球载式MEMS探空电场传感器，还包括探空仪电路及天线，该探空仪电路设于所述保温罩内，该天线从保温罩内部穿出。在本技术的一些实施例中，所述MEMS探空电场传感器的信号处理单元通过有线或无线方式将电场信号输出至探空仪。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本技术球载式MEMS探空电场传感器及其集成系统至少具有以下有益效果其中之一：(1)通过将MEMS电场传感器敏感芯片置于保温材料结构内部，避免传感器受低温、高湿度、降水等恶劣环境的影响，有效提升MEMS电场传感器在高空低温、高湿度、降水、离子流等恶劣条件下的环境适应性。(2)通过防静电保温材料结构，避免传感器静电荷积累的影响。(3)在所述开口处的所述感应探头与保温罩之间设有绝缘隔离层即可避免感应探头上的感应电荷衰减，保证探空电场传感器的性能。(4)球载式MEMS探空电场传感器无需水泡电池，可直接采用干电池，无需打开传感器内部，提升了传感器使用便捷性。(5)通过探头结构，探头向外延伸，将探头的感应电荷引导到传感器敏感芯片表面，避免传感器敏感芯片外露，提升传感器的准确性及稳定性。感应探头末端设为球体，增大了感应探头的感应面积，提升了传感器的灵敏度。(6)采用加热单元，实现对敏感芯片的保温，降低使用过程中敏感芯片附近的温度变化区间，从而降低温度漂移。附图说明图1为根据本技术实施例球载式MEMS探空电场传感器的剖面示意图。图2为根据本技术实施例球载式MEMS探空电场传感器集成系统的剖面示意图。图3为根据本技术实施例球载式MEMS探空电场传感器标定方法流程图。<符号说明>1-MEMS电场传感器敏感芯片，2-信号处理单元，3-感应探头，O-感应探头末端，4-电源，5-加热单元，6-保温罩，7-绝缘隔离层，8-探空仪电路及天线。具体实施方式电场传感器是静电场传感器或交流电场传感器，包括采用微纳米加工技术制备而成的微机械结构芯片、微电子敏感芯片、光学敏感芯片，或其他类型的敏感芯片。通常电场传感器的使用需要封装管壳进行安置。为了满足空中电场探测需求，本技术提出一种基于感应探头结构的探空电场传感器，避免MEMS电场传感器敏感芯片及信号处理电路受恶劣环境影响，同时保证了电场探测的可实施性。由于该结构传感器自身也会造成电场畸变，仅对传感器敏感芯片进行标定无法准确反演被测电场，本技术提出对应于该结构的传感器标定方法，通过结合被测环境进行标定，保证测试的准确性。为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本技术作进一步的详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本技术。在本技术的一具体实施例中，提供了一种球载式MEMS探空电场传感器。请参照图1，球载式MEMS探空电场传感器包括：保温罩6，内部形成一空腔，用于提供一容纳空间；并且该保温罩具有一开口；MEMS电场传感器敏感芯片1，设于所述保温罩所述容纳空间内；感应探头3，其一端固定连接在所述保温罩内的所述传感器敏感芯片上，另一端经所述保温罩的开口延伸至所述保温罩的外部。进一步的，所述球载式MEMS探空电场传感器，还包括：信号处理单元2，位于所述保温罩之内，用于给敏感芯片提供工作的驱动信号，同时将敏感芯片的输出信号进行放大、AD采样、信号处理、信号输出等。根据不同的封装类型，敏感芯片封装可通过焊接、接插件等方式刚性固定于信号处理单元上。电源4，固定于保温罩6内部，可以为水泡电池或干电池。优选地，选取干电池或干电池组，以提升传感器使用的便捷性。电源4与信号处理单元2各自带有电源接头，电源接头可放置于防静电保温罩6内部，也可以同时悬空在防静电保温罩6外部，使用时将两个接头对插实现供电。加热单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球载式MEMS探空电场传感器，包括：保温罩，内部形成一空腔，用于提供一容纳空间；并且该保温罩具有一开口；MEMS电场传感器敏感芯片，设于所述保温罩所述容纳空间内；感应探头，其一端固定连接在所述保温罩内的所述传感器敏感芯片上，另一端经所述保温罩的开口延伸至所述保温罩的外部。

【技术特征摘要】
2017.05.26 CN 20172060044861.一种球载式MEMS探空电场传感器，包括：保温罩，内部形成一空腔，用于提供一容纳空间；并且该保温罩具有一开口；MEMS电场传感器敏感芯片，设于所述保温罩所述容纳空间内；感应探头，其一端固定连接在所述保温罩内的所述传感器敏感芯片上，另一端经所述保温罩的开口延伸至所述保温罩的外部。2.根据权利要求1所述的球载式MEMS探空电场传感器，其中，所述感应探头从所述保温罩内部向外延伸预设长度，其位于所述保温罩之外的一端部的形状为球体、倒角圆柱体或倒角正方体。3.根据权利要求1所述的球载式MEMS探空电场传感器，其中，在所述开口处的所述感应探头与保温罩之间设有绝缘隔离层，绝缘隔离层电阻率不小于108Ωcm。4.根据权利要求1所述的球...

【专利技术属性】
技术研发人员：闻小龙，杨鹏飞，彭春荣，夏善红，刘宇涛，
申请(专利权)人：北京中科飞龙传感技术有限责任公司，
类型：新型
国别省市：北京,11