[发明专利]一种微型电场传感器结构

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种微型电场传感器结构。

背景技术

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。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明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，本发明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