[发明专利]一种MEMS空间电场强度传感器及测量系统及方法在审
申请号: | 201910245285.8 | 申请日: | 2019-03-28 |
公开(公告)号: | CN109884411A | 公开(公告)日: | 2019-06-14 |
发明(设计)人: | 赵青 | 申请(专利权)人: | 赵青 |
主分类号: | G01R29/12 | 分类号: | G01R29/12 |
代理公司: | 杭州君度专利代理事务所(特殊普通合伙) 33240 | 代理人: | 黄前泽 |
地址: | 200000 上海*** | 国省代码: | 上海;31 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 静电场 微电机 电机 转子 被动驱动 测量系统 交变信号 感应片 金属片 传感器 传感器检测 金属叶片 屏蔽电场 主动驱动 转子结构 电场量 电荷量 分时段 静电力 暴露 屏蔽 极板 两组 保证 检测 配合 | ||
本发明公开了一种MEMS空间电场强度传感器及测量系统及方法,包括MEMS芯片,在MEMS芯片内设置两组第一静电场微电机和第二静电场微电机,第一静电场微电机是主动驱动电机,且第一静电场微电机中产生的静电力会使得第一静电场微电机中的极板旋转的结构,第二静电场微电机是被动驱动电机,被动驱动电机包括一组开有一孔以上的金属叶片构成的转子以及与转子结构相同的定子,且定子上的金属片是当金属片暴露在外面时能够获取空间中电场量的感应片,且转子与定子配合后保证感应片分时段屏蔽电场,保证空气中的静电场在不断地屏蔽、暴露过程中产生不同的电荷量,最终形成交变信号,通过检测该交变信号来作为传感器检测空间电场强度的信号值。
技术领域
本发明涉及空间电场强度测量的技术领域,尤其是一种MEMS空间电场强度传感器及测量系统及方法。
背景技术
空间电场或大气电场,又称自然电场,是地球环境中存在的一种基本的物理参数,空间电场的变化对自然环境中的各类现象,动植物生长,乃至人类的活动均有较大影响。掌握了空间电场的变化规律,对改善人类生产、生活有着重要的意义。
空间电场在环境中无处不在,雷电是自然界中最常见的空间电场放电现象。一方面,雷电活动保持了地球整体环境的电平衡,另一方面,日益频繁的雷电活动也给人类的生产生活带来了巨大的损失和灾害。据不完全统计,我国每年雷击伤亡人数大约在3000~4000人,直接经济损失数亿元,间接经济损失更是高达上百亿元。而且由于全球气候变暖,雷击事故逐年增加,雷击已经超过了台风等自然灾害成为人类的第一杀手。
大量的静电堆积所产生的静电场会对生产活动、设备安全、人员安全造成一定的影响。静电在环境中是不可避免的,对于工业生产和人类生活,静电电场所带来的危害主要分为两种:1)工业上的静电放电危害(ESD),2)工业上的静电引力危害(ESA)。世卫组织(WHO)建议应注意静电场对公众及特定工作人员的人身健康危害。
综上所述,空间电场的精确测量,对于很多应用都非常重要,例如天气预报、工业设备的过程控制或者是高压电缆工作人员的安全问题等。只有准确地测量空间电场,才能更好地预防及避免其所引起的危害,更好地指导生产作业、生活中的预防。然而从技术角度来说,精确的电场测量并非易事。
在现有技术中对电场测量主要包括以下两种:
1、传统的电场强度测量主要应用于室外大气电场强度测量和雷电预警,它实现方法为机械式电场仪的空间电场强度的测量,其优点为测量精度高;但由于需要外加电动机,所以它的缺点也很明显:功耗大、体积大、易损坏、需回修、成本高,并不利于生产和生活中的大规模应用。
2、电子式空间电场强度的测量:现有的空间电场强度测量实现方法主要为用电荷感应来实现电子式的空间电场强度的测量。其优点为功耗小、体积小、不易损坏、无需回修、成本相对于机械式电场仪较低。缺点为:由于是感应电荷原理的测量方法,在交变电场里,它能较好的反映和测量电场强度;但在恒定的电场中,由于感应电荷会随时间减少或消失,所以测量结果并不能很好的反映恒定的电场强度数值。所以相对于机械式的电场仪的一些缺点,用电荷感应来实现的电子式的空间电场强度测量仪,能大规模的应用于工业、气象、教育等领域,但也存在一定的缺陷性。
因此如何解决现有技术中存在的问题,以此实现一种“具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点的检测装置显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提一种MEMS空间电场强度传感器及测量系统及方法,其具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点,同时微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。
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