专利名称：铰链式多维电场传感器的制作方法
技术领域：
本发明设计传感器，特别涉及铰链式多维电场传感器。
背景技术：
电场传感器广泛应用于大气环流研究、气象预报、空气污染检测、雷电事实时探测等各种领域。根据其工作原理大体可以分为机械式和光学式两种。早期出现的机械式电场传感器主要有旋片式、双球式等，其优点是结构简单、制作较为方便；缺点为体积大，从而带来便携性较差、成本较高、使用范围较小等缺陷。光学式电场传感器的优点是系统响应速度较快、噪声低，缺点为制造精度要求高，从而带来成本较高、安装较为复杂，且其检测范围一般限于较强电场。
由于微细加工技术的快速发展，已经出现了基于微细加工技术的机械式电场传感器，依照其工作方式主要可分垂直振动式和水平振动式电场传感器，这类传感器的优点是体积小，成本较低，易于批量生产。但其结构相对复杂，且一般来说只能探测一维电�。谑导视τ弥杏幸欢ǖ木窒扌裕庇龅叫枰讲舛辔绯。热缢刀蛉绯∈保匦胧褂枚喔龃衅鞣直鹛讲飧魑绯⌒藕旁偌右宰酆希佣嵩黾映杀荆一岽窗沧昂偷魇陨系哪讯�。
发明内容
本发明的目的是提供一种铰链式多维电场传感器。
为实现上述目的，一种铰链式多维电场传感器，包括驱动部分和感应部分，其特征在于所述感应部分包括屏蔽电极3、感应电极4、铰链5和基座6，所述感应电极4安装在基座6上，屏蔽电极3通过铰链5安装在基座6上。
本发明采取了一种全新的电场探测办法，从而有效的解决了多维电场的探测问题，且结构简单，加工方便，易于批量生产。与上述的垂直振动式和水平振动式电场传感器相比，本发明突出的特点是传感器工作时采用铰链式结构使屏蔽电极相对感应电极转动，定位准确，且勿须在屏蔽电极上开孔，从而加强了屏蔽电极在高频转动下的稳定性；可以方便的实现一维和一维以上的电场探测；驱动方式灵活，易于实现。
图1是本发明铰链式多维电场传感器结构示意图。
图2是本发明的原理示意图。
具体实施例方式
铰链式多维电场传感器的结构如图1所示，图1.1是本发明用于测量一维电场信号的结构示意图；图1.2是本发明用于测量二维电场信号的结构示意图；图1.3是本发明用于测量三维电场信号的结构示意图。
铰链式多维电场传感器用于测量一维电场时，可将系统做如下简化传感器主要由两部分构成驱动部分1和感应部分2。感应部分包括屏蔽电极3、感应电极4、铰链5和基座6。感应电极4安装在基座6上，屏蔽电极3通过铰链5安装在基座6上。屏蔽电极3由导电材料制成。传感器的驱动信号由驱动部分1输入，感应信号由感应部分2输出。屏蔽电极3可以由导电材料构成，也可以由覆有导电薄膜的其他材料构成。屏蔽电极3的形状可以是矩形、方形、圆形、三角形或其他形状。
感应电极4的位置要和屏蔽电极3对应，其位置和形状大小要满足当屏蔽电极3和感应电极4平行时，屏蔽电极3应完全遮盖住感应电极4。
驱动部分1的驱动方式可以采用梳齿式驱动或是其他驱动方式，使屏蔽电极3相对感应电极发生周期性转动，即沿图2.1中法向产生转动。
图2.1为铰链式多维电场传感器用于测量一维电场时原理图，图中可以转动的是屏蔽电极3，接地以产生屏蔽效果；下部是感应电极4，输出感应信号。
图2.1(a)表示转动过程中屏蔽电极3垂直于感应电极4的情况，外电场直接接触在感应电极4的全部区域上，在感应电极4上产生的感生电荷最多。
图2.1(b)表示转动过程中屏蔽电极3平行于感应电极4的情况，外电场被屏蔽电极3完全屏蔽，在感应电极4上产生的感生电荷最少。
当屏蔽电极3相对与感应电极4做周期性转动时，感应电极4上的感应电荷也作周期性的改变，对外输出就形成交流电流信号。待测电场强时感应电极4上的感应电荷多，在振动一个周期内所产生的感应电荷变化量大，在振动频率不变的情况下输出的交流电流大，输出的交流电流信号可以反映外界电场强度的大小。在外电场的场强固定情况下，改变振动频率也可以使输出的交流电流变化，因此可以通过调节振动频率控制量程。
铰链式多维电场传感器用于测量二维电场时，可将系统做如下简化传感器主要由两部分构成驱动部分1和感应部分2。感应部分包括屏蔽电极3、感应电极4、铰链5和基座6。感应电极4和基座6各有两组感应电极4和感应电极4a，两感应电极分别安装在垂直放置的基座6和基座6a上。屏蔽电极3通过铰链5安装在基座6上。屏蔽电极3由导电材料制成。传感器的驱动信号由驱动部分1输入，感应信号由感应部分2输出。屏蔽电极3可以由导电材料构成，也可以由覆有导电薄膜的其他材料构成。屏蔽电极3的形状可以是矩形、方形、圆形、三角形或其他形状。
屏蔽电极3的位置要和感应电极4和感应电极4a对应，其位置和形状大小要满足当屏蔽电极3和感应电极4平行时，屏蔽电极3应完全遮盖住感应电极4，且和感应电极4a垂直；当屏蔽电极3和感应电极4a平行时，屏蔽电极3应完全遮盖住感应电极4a，且和感应电极4垂直。
驱动部分1的驱动方式可以采用梳齿式驱动或是其他驱动方式，使屏蔽电极3相对感应电极4发生周期性转动，即沿图2.2中法向产生转动。
图2.2为铰链式多维电场传感器用于测量二维电场时原理图，图中可以转动的是屏蔽电极3，接地以产生屏蔽效果；下部和右侧的分别是感应电极4和感应电极4a，输出感应信号。
图2.2(a)表示转动过程中屏蔽电极3垂直于感应电极4的情况，外电场直接接触在感应电极4的全部区域上，在感应电极4a上产生的感生电荷最多；同时，屏蔽电极3平行于感应电极4a，感应电极4a上所能接受的外电场被屏蔽电极3完全屏蔽，在感应电极4a上产生的感生电荷最少。
图2.2(b)表示转动过程中屏蔽电极3垂直于感应电极4a的情况，外电场直接接触在感应电极4a的全部区域上，在感应电极4a上产生的感生电荷最多；同时，屏蔽电极3平行于感应电极4，感应电极4上所能接受的外电场被屏蔽电极3完全屏蔽，在感应电极4上产生的感生电荷最少。
驱动部分作周期性振动时，感应电极4和感应电极4a上的感应电荷也作周期性的改变(两者趋势相反)，对外输出就形成交流电流信号。待测电场强时感应电极4和感应电极4a上的感应电荷多，在振动一个周期内所产生的感应电荷变化量大，在振动频率不变的情况下输出的交流电流大，输出的交流电流信号可以反映外界电场强度的大小。在外电场的场强固定情况下，改变振动频率也可以使输出的交流电流变化，因此可以通过调节振动频率控制量程。
下面给出铰链式多维电场传感器用于测量三维电场时的具体实施方法传感器主要由两部分构成驱动部分1和感应部分2。感应部分包括屏蔽电极3、感应电极4、铰链5和基座6。感应电极4和基座6各有三组感应电极4、感应电极4a和感应电极4b，三组感应电极分别安装在相互垂直放置的基座6、基座6a和基座6b上。屏蔽电极3和铰链5各有两组屏蔽电极3和屏蔽电极3a，两组屏蔽电极分别通过铰链5和铰链5a安装在基座上。屏蔽电极3由导电材料制成。传感器的驱动信号由驱动部分1输入，感应信号由感应部分2输出。屏蔽电极3可以由导电材料构成，也可以由覆有导电薄膜的其他材料构成。屏蔽电极3的形状可以是矩形、方形、圆形、三角形或其他形状。
屏蔽电极3的位置要和感应电极4、感应电极4a和感应电极4b对应，其位置和形状大小满足如下条件当屏蔽电极3和感应电极4平行时，屏蔽电极3应完全遮盖住感应电极4，且和感应电极4a垂直；当屏蔽电极3和感应电极4a平行时，屏蔽电极3应完全遮盖住感应电极4a，且和感应电极4垂直。
当屏蔽电极3a和感应电极4平行时，屏蔽电极3a应完全遮盖住感应电极4，且和感应电极4b垂直；当屏蔽电极3a和感应电极4b平行时，屏蔽电极3a应完全遮盖住感应电极4b，且和感应电极4垂直。
驱动部分1的驱动方式可以采用梳齿式驱动或是其他驱动方式，使屏蔽电极3相对感应电极4发生周期性转动，即沿图2.3中法向产生转动。
图2.3.1(a)表示转动过程中屏蔽电极3垂直于感应电极4的情况，外电场直接接触在感应电极4的全部区域上，在感应电极4上产生的感生电荷最多；同时，屏蔽电极3平行于感应电极4a，感应电极4a上所能接受的外电场被屏蔽电极3完全屏蔽，在感应电极4a上产生的感生电荷最少。
图2.3.1(b)表示转动过程中屏蔽电极3垂直于感应电极4a的情况，外电场直接接触在感应电极4a的全部区域上，在感应电极4a上产生的感生电荷最多；同时，屏蔽电极3平行于感应电极4，感应电极4上所能接受的外电场被屏蔽电极3完全屏蔽，在感应电极4上产生的感生电荷最少。
图2.3.2(a)表示转动过程中屏蔽电极3a垂直于感应电极4的情况，外电场直接接触在感应电极4的全部区域上，在感应电极4上产生的感生电荷最多；同时，屏蔽电极3a平行于感应电极4b，感应电极4b上所能接受的外电场被屏蔽电极3a完全屏蔽，在感应电极4b上产生的感生电荷最少。
图2.3.2(b)表示转动过程中屏蔽电极3a垂直于感应电极4b的情况，外电场直接接触在感应电极4b的全部区域上，在感应电极4b上产生的感生电荷最多；同时，屏蔽电极3a平行于感应电极4，感应电极4上所能接受的外电场被屏蔽电极3a完全屏蔽，在感应电极4上产生的感生电荷最少。
在整个工作过程中，屏蔽电极3和屏蔽电极3a不能同时在感应电极4上方转动，以免两个屏蔽电极发生碰撞。
当屏蔽电极3相对与感应电极4做周期性转动时，感应电极4上的感应电荷也作周期性的改变，对外输出就形成交流电流信号。待测电场强时感应电极4上的感应电荷多，在振动一个周期内所产生的感应电荷变化量大，在振动频率不变的情况下输出的交流电流大，输出的交流电流信号可以反映外界电场强度的大小。在外电场的场强固定情况下，改变振动频率也可以使输出的交流电流变化，因此可以通过调节振动频率控制量程。
权利要求
1.一种铰链式多维电场传感器，包括驱动部分和感应部分，其特征在于所述感应部分包括屏蔽电极(3)、感应电极(4)、铰链(5)和基座(6)，所述感应电极(4)安装在基座(6)上，屏蔽电极(3)通过铰链(5)安装在基座(6)上。
2.按权利要求1所述的传感器，其特征在于所述屏蔽电极(3)由导电材料构成。
3.按权利要求1所述的传感器，其特征在于所述屏蔽电极(3)由覆有导电薄膜的其它材料构成。
4.按权利要求1或2或3所述的传感器，其特征在于所述屏蔽电极(3)的形状是矩形、方形、圆形或三角形。
5.按权利要求1所述的传感器，其特征在于当屏蔽电极(3)和感应电极(4)平行时，屏蔽电极(3)遮盖住感应电极(4)。
6.按权利要求1所述的传感器，其特征在于还包括与基座(6)垂直放置的基座(6a)，感应电极4a安装在基座(6a)上。
7.按权利要求6所述的传感器，其特征在于所述屏蔽电极(3)由导电材料构成。
8.按权利要求6所述的传感器，其特征在于所述屏蔽电极(3)由覆有导电薄膜的其它材料构成。
9.按权利要求6或7或8所述的传感器，其特征在于所述屏蔽电极(3)的形状是矩形、方形、圆形或三角形。
10.按权利要求6所述的传感器，其特征在于当屏蔽电极(3)、和感应电极(4)、(4a)平行时，屏蔽电极(3)遮盖住感应电极(4)、(4a)。
11.按权利要求2所述的传感器，其特征在于还包括与基座(6)和(6a)垂直放置的基座(6b)，感应电极(4b)安装在基座(6b)上。
12.按权利要求11所述的传感器，其特征在于所述屏蔽电极(3)、(3a)由导电材料构成。
13.按权利要求11所述的传感器，其特征在于所述屏蔽电极(3)、(3a)由覆有导电薄膜的其它材料构成。
14.按权利要求11或12或13所述的传感器，其特征在于所述屏蔽电极(3)、(3a)的形状是矩形、方形、圆形或三角形。
15.按权利要求11所述的传感器，其特征在于当屏蔽电极(3)、(3a)和感应电极(4)、(4a)、(4b)平行时，屏蔽电极(3)、(3a)遮盖住感应电极(4)、(4a)、(4b)。
全文摘要
一种铰链式多维电场传感器，包括驱动部分和感应部分，其特征在于所述感应部分包括屏蔽电极(3)、感应电极(4)、铰链(5)和基座(6)，所述感应电极(4)安装在基座(6)上，屏蔽电极(3)通过铰链(5)安装在基座(6)上。本发明采取了一种全新的电场探测办法，从而有效的解决了多维电场的探测问题，且结构简单，加工方便，易于批量生产。与上述的垂直振动式和水平振动式电场传感器相比，本发明突出的特点是传感器工作时采用铰链式结构使屏蔽电极相对感应电极转动，定位准确，且勿须在屏蔽电极上开孔，从而加强了屏蔽电极在高频转动下的稳定性；可以方便的实现一维和一维以上的电场探测；驱动方式灵活，易于实现。
文档编号G01R29/12GK1769914SQ20041008860
公开日2006年5月10日 申请日期2004年11月5日 优先权日2004年11月5日
发明者夏善红, 陶虎 申请人:中国科学院电子学研究所
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