一种微型电场传感器结构制造技术

本发明专利技术公开了一种微型电场传感器结构，包括：可动感应电极阵列和固定感应电极阵列，可动感应电极阵列可周期性往复运动，包括至少一个可动感应电极单元，可动感应电极单元包括正极性可动感应电极和负极性可动感应电极，二者通过绝缘结构连接；固定感应电极阵列包括至少一个固定感应电极单元，固定感应电极单元包括正极性固定感应电极和负极性固定感应电极。可动感应电极单元与固定感应电极单元分别外接电路实现电位钳制，当可动感应电极周期性往复运动时，产生与电场强度相关的电信号，实现电场强度测量。这种传感器结构能够避免直接接地结构的电场浪费问题，获得更大的电场感应面积，在相同检测周期内能够产生更多的感应电荷，提高测量的分辨率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种微型电场传感器结构，包括：可动感应电极阵列和固定感应电极阵列，可动感应电极阵列可周期性往复运动，包括至少一个可动感应电极单元，可动感应电极单元包括正极性可动感应电极和负极性可动感应电极，二者通过绝缘结构连接；固定感应电极阵列包括至少一个固定感应电极单元，固定感应电极单元包括正极性固定感应电极和负极性固定感应电极。可动感应电极单元与固定感应电极单元分别外接电路实现电位钳制，当可动感应电极周期性往复运动时，产生与电场强度相关的电信号，实现电场强度测量。这种传感器结构能够避免直接接地结构的电场浪费问题，获得更大的电场感应面积，在相同检测周期内能够产生更多的感应电荷，提高测量的分辨率。【专利说明】一种微型电场传感器结构
本专利技术涉及传感器
，特别涉及一种微型电场传感器结构。
技术介绍
电场传感器是测量电场强度的装置，它广泛应用于电力、国防、航空航天、工业生产等重要领域，利用传感器对设备运行过程中产生的电场进行实时监测。随着微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,简称为MEMS)技术的发展使得越来越多的传感器微型化成为可能，例如微加速度计在汽车电子的刹车及其附属系统中已经应用得非常成熟，也广泛应用于便携式消费电子领域。微型传感器具有传统传感器所无法比拟的性能特点。微型传感器体积小，其特征尺寸在微米甚至更小，在一些空间有限的应用背景下，微型传感器的特点尤为明显；同时微型传感器价格低廉，易于批量生产，此外还具有易于集成等优点。目前基于MEMS技术的电场传感器基本都是依靠可动电极阵列的运动产生感应电荷进行电场测量的。电场传感器的感应电极与屏蔽电极之间通过运动产生交变电场，但是无论是选择水平振动电场传感器，还是选择垂直振动电场传感器，都存在一个共同的问题，即落到屏蔽电极上的电场没有被利用。由于基于电荷感应的电场传感器的灵敏度与电荷的感应面积相关，所以上述电场传感器都未能充分利用电荷的感应面积，电场传感器的性能很低。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是如何避免落在屏蔽电极上的电场被浪费，提高电场的利用效率和电场测量的分辨率。(二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种微型电场传感器结构，具体包括:周期性地往复运动的可动感应电极阵列和固定不动的固定感应电极阵列；可动感应电极阵列包括至少一个可动感应电极单元，通过弹性结构支撑在衬底表面，所述可动感应电极单元包括一个正极性电极和一个负极性电极组成的电极对，分别为正极性可动感应电极和负极性可动感应电极；固定感应电极阵列包括至少一个固定感应电极单元，通过支撑点固定在衬底表面，所述固定感应电极单元包括一个正极性电极和一个负极性电极组成的电极对，分别为正极性固定感应电极和负极性固定感应电极。 进一步地，所述固定感应电极单元和可动感应电极单元以梳齿状交叉排布。进一步地，所述固定感应电极单元中电极的极性与相邻的所述可动感应电极单元中电极的极性相同。进一步地，所述可动感应电极单元中构成电极对的正极性可动感应电极和负极性可动感应电极通过绝缘结构进行机械连接，使正极性可动感应电极和负极性可动感应电极在驱动结构的驱动下能够同步运动，且保持电绝缘。进一步地,所述固定感应电极单元中的正极性固定感应电极和负极性固定感应电极的位置固定，并保持电绝缘。进一步地，所述绝缘结构位于所述可动感应电极单元中正极性可动感应电极与负极性可动感应电极的上表面，或者位于正极性可动感应电极与负极性可动感应电极之间的侧面。进一步地，通过信号处理电路对所述可动感应电极单元中正极性可动感应电极和负极性可动感应电极进行电位钳制，使二者的电位分别保持在固定值；通过信号处理电路对所述固定感应电极单元中正极性固定感应电极和负极性感应电极进行电位钳制，使二者的电位分别保持在固定值。进一步地，所述绝缘结构为无机材料，以下任意一种:二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅；或者是有机材料，以下任意一种:聚酰亚胺或苯并环丁烯。进一步地，所述可动感应电极单元中的正极性可动感应电极和负极性可动感应电极之间或者固定感应电极单元中的正极性固定感应电极和负极性固定感应电极之间的缝隙全部或部分填充绝缘材料。(三)有益效果本专利技术实施例提供了一种微型电场传感器结构，包括:可动感应电极阵列和固定感应电极阵列，可动感应电极阵列可周期性地往复运动，包括至少一个可动感应电极单元，可动感应电极单元包括正极性可动感应电极和负极性可动感应电极，二者通过绝缘结构连接；固定感应电极阵列包括至少一个固定感应电极单元，固定感应电极阵列定感应电极单元包括正极性固定感应电极和负极性固定感应电极。本专利技术提供的微型电场传感器结构利用绝缘结构和电位钳制技术，将可动感应电极单元与固定感应电极单元分别外接电路实现电位钳制，当可动感应电极周期性往复运动时，产生与电场强度相关的电信号，实现电场强度测量。这种传感器结构能够避免直接接地结构的电场浪费问题，获得更大的电场感应面积，在相同检测周期内能够产生更多的感应电荷，提高测量的分辨率。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术实施例中提供的一种微型电场传感器结构的立体结构示意图；图2为本专利技术实施例中提供的电场传感器中可动感应电极单元运动到左边时的剖面示意图；图3为本专利技术实施例中提供的电场传感器中可动感应电极单元运动到右边时的剖面示意图；图4为本专利技术实施例中提供的信号处理电路的示意图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例，对本专利技术的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。对于可动感应电极按照可动电极的运动方向可以分为两大类，即水平振动电场传感器和垂直振动电场传感器，而水平振动电场传感器又包括水平振动的水平电场传感器和水平振动的垂直电场传感器，垂直振动电场传感器又包括垂直振动板状电场传感器和垂直振动梳齿状电场传感器。其中水平振动的水平电场传感器的感应电极与屏蔽电极在同一个平面，两者以梳齿状交叉排布，感应电极通过侧壁来进行电场感应，直接接地的屏蔽电极在感应电极间来回运动，调制感应电极与屏蔽电极间的电场，从而在感应电极上得到与被测电场强度相关的信号。水平振动的垂直电场传感器的感应电极和屏蔽电极不在一个平面，屏蔽电极在感应电极的上方，呈梳齿状，主要通过感应电极上表面来感应电场。直接接地的屏蔽电极通过在水平方向来回运动，调制落到感应电极上的电场，通过后续电路的处理，得到与被测电场强度相关的信号；垂直振动的板状电场传感器的感应电极和屏蔽电极不在一个平面，屏蔽电极为带孔的平板，在感应电极上方。直接接地的屏蔽电极通过在垂直方向周期性来回运动，调制落到感应电极上的电场，通过电路处理，得到与被测电场强度相关的信号。而垂直振动的梳齿状电场传感器的感应电极和屏蔽电极不在一个平面，屏蔽电极和感应电极为错开的梳齿结构。直接接地的屏蔽电极通过在感应电极平面上下振动，调制落到感应电极上的电场，通过后续电路的处理，得到与被测电场强度相关的信号。以上四种电场传感器都存在一个共同的问题，即落到屏蔽电极上的电场没有被利用。由于基于电荷感应的电场传感器的灵敏度与电荷的感应面积相关，所以以上四种电场传感器都未能充分利用电荷的感应面积。因此，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型电场传感器结构，包括周期性地往复运动的可动感应电极阵列和固定不动的固定感应电极阵列，其特征在于：可动感应电极阵列包括至少一个可动感应电极单元，通过弹性结构支撑在衬底表面，所述可动感应电极单元包括一个正极性电极和一个负极性电极组成的电极对，分别为正极性可动感应电极和负极性可动感应电极；固定感应电极阵列包括至少一个固定感应电极单元，通过支撑点固定在衬底表面，所述固定感应电极单元包括一个正极性电极和一个负极性电极组成的电极对，分别为正极性固定感应电极和负极性固定感应电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶天翔，王喆垚，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：