分布电极式三维电场传感器制造技术

本公开提供了一种分布电极式三维电场传感器，包括：封装结构、电场敏感单元和多个分布式电极；电场敏感单元封装在封装结构内；多个分布式电极在封装结构的多个面上均匀分布；多个分布式电极分别与封装结构通过绝缘柱相连，多个分布式电极分别与电场敏感单元电性相连。本公开有利于减小三维电场传感器的体积，显著降低对被测空间电场的畸变干扰，有利于实现空间三维电场的高灵敏测量。

【技术实现步骤摘要】
分布电极式三维电场传感器
本公开涉及电场检测
，尤其涉及一种分布电极式三维电场传感器。
技术介绍
电场测量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、油气等当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。电场为矢量，包含方向与强度信息。在许多应用领域，仅测量电场的一维分量无法准确获知电场分布信息，容易造成较大的误差。例如，在高空电场探测领域，空中电场受雷暴云电荷影响，呈三维分布特征，且传感器在空中探测时姿态难以保持不变，仅通过一维电场敏感结构难以准确测量电场的三维分量，从而影响高空电场探测结果的准确性。传统的三维电场传感器结构复杂、成本高、体积大。随着电场检测技术的发展，电场传感器朝着微型化、集成化的方向发展，尤其是基于微纳米技术的电场传感器具有体积小、功耗低、成本低、便于批量制造、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，是电场传感器的重要发展方向，受到国际上越来越多的关注。然而，目前可用于三维电场探测的微型传感器还比较缺乏。文献报道的微型电场传感器大部分仅能测量一维电场，而通过布置多个微型电场传感器进行三维电场测量的思路，系统复杂，成本高，制约了其广泛应用。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种分布电极式三维电场传感器，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供了一种分布电极式三维电场传感器，包括：封装结构、电场敏感单元和多个分布式电极；电场敏感单元封装在封装结构内；多个分布式电极在封装结构上均匀分布；多个所述分布式电极分别与封装结构通过绝缘柱相连，多个所述分布式电极分别与所述电场敏感单元电性相连。在本公开的一些实施例中，封装结构为立方体结构；多个分布式电极分布在封装结构正交的三个面上；多个分布式电极为平面片状结构。在本公开的一些实施例中，封装结构为柱状体结构；多个分布式电极分别分布在封装结构的底面和侧面，在封装结构的侧面的分布式电极均匀分布；分布在封装结构底面的所述分布式电极为平面片状结构，分布在封装结构侧面的所述分布式电极为弧面片状结构。在本公开的一些实施例中，封装结构为球状体结构；多个分布式电极均匀分布在封装结构表面；多个分布式电极为弧面片状结构。在本公开的一些实施例中，电场敏感单元为多个，多个电场敏感单元在同一个封装结构内，定位在同一个封装结构上的分布式电极与封装在该封装结构内的电场敏感单元相连。在本公开的一些实施例中，电场敏感单元为一个，定位在同一个封装结构上的分布式电极均与封装在该封装结构内的电场敏感单元相连。在本公开的一些实施例中，封装结构包括：封装壳体和封装盖；电场敏感单元固定于封装壳体内；封装盖覆盖封装壳体开口，封装壳体与封装盖形成容置内腔。在本公开的一些实施例中，电场敏感单元包括：信号检测与处理单元、电场敏感单元屏蔽罩、供电电池和开关；信号检测与处理单元，用于在电场敏感单元中将输出信号进行放大和解调；供电电池，用于电场敏感单元供电和电场敏感单元中的信号检测与处理单元供电；开关，用于控制电场敏感单元的供电通断。在本公开的一些实施例中，信号检测与处理单元包括：传感器组件和接口组件；传感器组件包括：电场传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、GPS定位模块、臭氧传感器中的一种或几种；接口组件包括：无线接口，包括蓝牙接口、Zigbee接口、无线电接口中的一种或几种。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开分布电极式三维电场传感器至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)分布式电极结构，能够显著降低对被测空间电场的畸变干扰，有利于实现空间三维电场的高灵敏测量。(2)分布式电极结构，有利于减小三维电场传感器的体积。(3)单一电场敏感单元的设置，应用在无需获知电场三分量具体数值的中，有助于简化三维电场传感器的组装，降低三维电场传感器的成本。附图说明图1为本公开第一实施例分布电极式三维电场传感器的示意图。图2为本公开第二实施例分布电极式三维电场传感器的示意图。图3为本公开第三实施例分布电极式三维电场传感器的示意图。图4为本公开第四实施例分布电极式三维电场传感器的示意图。【附图中本公开实施例主要元件符号说明】11、11′、11″、21、21′、21″、31、31′、31″、41、41′、41″-分布式电极；12、22、32、42-封装结构；43-绝缘柱。具体实施方式本公开提供了一种分布电极式三维电场传感器，包括：封装结构、电场敏感单元和多个分布式电极；电场敏感单元封装在封装结构内；多个分布式电极在封装结构的多个面上均匀分布；多个分布式电极分别与封装结构通过绝缘柱相连，多个分布式电极分别与电场敏感单元电性相连。本公开有利于减小三维电场传感器的体积，显著降低对被测空间电场的畸变干扰，有利于实现空间三维电场的高灵敏测量。为使本公开的目的、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，对本公开进一步详细说明。本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种分布电极式三维电场传感器。图1为本公开第一实施例分布电极式三维电场传感器的示意图。如图1所示，本公开分布电极式三维电场传感器，包括：封装结构12、电场敏感单元和多个分布式电极。封装结构12为中空的六面体结构，电场敏感单元封装在封装结构12内；分布式电极11、分布式电极11′和分布式电极11″分布在直角坐标中，通过绝缘柱分别与封装结构12中正交的三个面相连；多个分布式电极为平面片状结构。同时多个分布式电极分别与电场敏感单元电性相连。当电场敏感单元为一个，定位在同一个封装结构上的分布式电极均与封装在该封装结构内的电场敏感单元相连；当电场敏感单元为多个，多个电场敏感单元在同一个封装结构内，定位在同一个封装结构上的分布式电极可以与封装在该封装结构内的电场敏感单元相连。以下分别对本实施例分布电极式三维电场传感器的各个组成部分进行详细描述。封装结构，用于保护电场敏感单元，并且通过绝缘柱对分布式电极进行支撑。该封装结构包括：封装壳体和封装盖。封装盖覆盖封装壳体开口，封装壳体与封装盖形成容置内腔，电场敏感单元固定于容置内腔内。在进行高空电场探测等低温环境下应用时，封装结构的容置内腔可以填充泡沫等材料，用以对内部的电场敏感单元进行保温。电场敏感单元，用于感知被测电场强度。这里电场敏感单元可以基于不同的敏感机理。如可以选择基于微机电系统技术的谐振式电场敏感单元、振动式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布电极式三维电场传感器，包括：封装结构；电场敏感单元，封装在所述封装结构内；多个分布式电极，在所述封装结构上均匀分布；多个所述分布式电极分别与所述封装结构通过绝缘柱相连，多个所述分布式电极分别与所述电场敏感单元电性相连。

【技术特征摘要】
1.一种分布电极式三维电场传感器，包括：封装结构；电场敏感单元，封装在所述封装结构内；多个分布式电极，在所述封装结构上均匀分布；多个所述分布式电极分别与所述封装结构通过绝缘柱相连，多个所述分布式电极分别与所述电场敏感单元电性相连。2.根据权利要求1所述的分布电极式三维电场传感器，所述封装结构为立方体结构；多个所述分布式电极分布在所述封装结构正交的三个面上；多个所述分布式电极为平面片状结构。3.根据权利要求1所述的分布电极式三维电场传感器，所述封装结构为柱状体结构；多个所述分布式电极分别分布在所述封装结构的底面和侧面，在所述封装结构的侧面的分布式电极均匀分布；分布在所述封装结构底面的所述分布式电极为平面片状结构，分布在所述封装结构侧面的所述分布式电极为弧面片状结构。4.根据权利要求1所述的分布电极式三维电场传感器，所述封装结构为球状体结构；多个所述分布式电极均匀分布在所述封装结构表面；多个所述分布式电极为弧面片状结构。5.根据权利要求1所述的分布电极式三维电场传感器，所述电场敏感单元为多个，多个所述电场敏感单元在同一个所述封装结构内，定位在同一个所述封装结...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏善红，闻小龙，杨鹏飞，彭春荣，郑凤杰，刘宇涛，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，北京中科飞龙传感技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11