[实用新型]一种力平衡式微机械电场传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电场传感器，特别是一种力平衡式微机械电场传感器。

背景技术

电场传感器是测量电场强度的装置,它广泛应用于国防、航空航天、气象探测、电力、地震预报、科学研究以及工业生产等多个领域,具有非常重要的作用。比如,借助电场传感器对地面和空中大气电场变化的监测,可以获取准确的气象信息,从而为导弹、卫星等飞行器发射升空提供安全保障；在工业生产领域，利用静电场传感器监测工业环境中的电势分布和电场分布，有助于我们及时采取有效的措施预防事故的发生；还有通过测量电力系统和电器设备周围电场,可用于故障监测和诊断等等。此外，电场检测在静电防护、电磁环境监测、以及科学研究等方面也具有十分重要的应用。微型电场传感器是基于MEMS技术制备的一类电场传感器，相对于采用传统机械加工技术的加工的电场传感器，是加工方式的改变。微型电场传感器具有体积小、成本低、功耗低、易于集成化、易于批量生产等突出优点，很好地满足了电场传感器的发展趋势和需求，进一步拓宽了其应用领域。

谐振式微型电场传感器是基于谐振工作原理的微型电场传感器,该类传感器是基于获得最大电场感应灵敏度而设计的。由于振动式电场传感器要求时刻屏蔽层中的活动结构处在谐振状态，同时在谐振状态时同样的能量能够获得更大的振动幅度，从而达到大的灵敏度。

专利号为ZL201210426733.2的一种振动式微机械电场传感器，该实用新型包括基座、设置在基座上的敏感层和屏蔽层,所述屏蔽层包括活动结构、固定梳齿结构，其中活动结构包括一个中心设置有间隙的矩形质量块、设置在质量块四周的梳齿，与质量块四个端角相连接的支撑梁。能利用平行板电容器加载静电来对屏蔽层中的活动结构的谐振频率进行调谐，通过振动速度信号的差分式反馈来对针对屏蔽层中的活动结构的振动阻尼进行调谐，实现振动式微机械电场传感器的常压封装，能实现大的灵敏度和提高输出信号的稳定性。但是仍存在这样的问题：需要复杂的微机械结构和驱动电路来保证传感器工作，同时还需要电能来维持微结构一直处在在高速谐振状态，传感器能耗大。

根据上述说明，现有的振动式微机械电场传感器存在微结构和接口电路复杂，能耗大等问题,同时微结构和接口电路复杂，容易受微制造工艺和环境噪声影响，限制了传感器的性能提高。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种力平衡式微机械电场传感器，本实用新型结构简单、传感器性能对制造误差依赖小，接口电路可以直接与专用集成电路连接，避免了微弱电容检测电路的设计困难；传感器不需要时刻振动，电能消耗减小。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本实用新型提出的一种力平衡式微机械电场传感器，包括玻璃基座、键合在玻璃基座上的结构层、溅射在玻璃基座上的金电极层；所述结构层包括第一支撑基座、第二支撑基座、质量块、第一至第四折叠梁，所述金电极层包括第一长方形电极、第二长方形电极和多边形电极；其中，

第一长方形电极与第二长方形电极之间相隔一定距离的溅射在玻璃基座上，多边形电极溅射在玻璃基座上且位于第一长方形电极与第二长方形电极的正中间，第一支撑基座键合在玻璃基座上且位于第一长方形电极上、第二支撑基座键合在玻璃基座上且位于第二长方形电极上，质量块设置在多边形电极的正上方且与玻璃基座上表面存有间距，质量块的左右两侧对称各设置两条折叠梁，各侧的两条折叠梁相对于质量块的横向中心线是上下对称的，第一折叠梁、第二折叠梁的一端与质量块的右侧连接，第三折叠梁、第四折叠梁的一端与质量块的左侧连接，第一折叠梁、第二折叠梁的另一端与第一支撑基座连接，第三折叠梁、第四折叠梁的另一端与第二支撑基座连接；质量块构成检测电容上极板，多边形电极构成检测电容下极板。

作为本实用新型的一种力平衡式微机械电场传感器进一步优化的方案，所述结构层的材料为掺杂浓硼的晶体硅。

作为本实用新型的一种力平衡式微机械电场传感器进一步优化的方案，所述第一支撑基座、第二支撑基座均为长方形结构。

作为本实用新型的一种力平衡式微机械电场传感器进一步优化的方案，所述质量块内有若干个镂空的正方形孔。

作为本实用新型的一种力平衡式微机械电场传感器进一步优化的方案，所述第一折叠梁、第二折叠梁、第三折叠梁、第四折叠梁均为多级U型梁。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：