[发明专利]伸缩谐振式三维电场传感器

权利要求书

1.一种伸缩谐振式三维电场传感器，包括：

衬底；

梁式结构框架，位于衬底上，用于在X方向电场测量单元、Y方向电场测量单元和Z方向电场测量单元的屏蔽电极间传递振动；

X方向电场测量单元、Y方向电场测量单元和Z方向电场测量单元，位于衬底上，分别用于测量电场强度矢量的X方向、Y方向和Z方向的分量，均包括屏蔽电极和感应电极，其中：

感应电极，固定于衬底；

屏蔽电极，通过第二类梁结构与梁式结构框架相连接，可相对于

感应电极做相对振动，以使感应电极产生感应电流；及

至少一组驱动机构，与X方向电场测量单元、Y方向电场测量单元和Z方向电场测量单元其中之一的屏蔽电极匹配，用于对该屏蔽电极产生驱动力，使其相对于感应电极产生振动，并且该振动通过梁结构框架被传递至除所在电场测量单元外的其他测量单元。

2.根据权利要求1所述的伸缩谐振式三维电场传感器，其中，

Z方向电场测量单元位于梁式结构框架的内侧；

X方向电场测量单元位于梁式结构框架的外侧，沿X轴设置；

Y方向电场测量单元位于梁式结构框架的外侧，沿Y轴设置；

其中，X轴、Y轴、Z轴两两相互正交，Z轴的方向垂直于衬底平面向上。

3.根据权利要求2所述的伸缩谐振式三维电场传感器，其中，Z方向电场测量单元的轴向与X轴呈0°、45°、90°或135°。

4.根据权利要求2所述的伸缩谐振式三维电场传感器，包括：

一对或多对的X方向电场测量单元，对称分布于Z轴两侧，该一对或多对中的每一对X方向电场测量单元构成差分放大结构；

一对或多对的Y方向电场测量单元，对称分布于Z轴两侧，该一对或多对中的每一对Y方向电场测量单元构成差分放大结构；

一对或多对的Z方向电场测量单元，对称分布于Z轴两侧，该一对或多对中的每一对Z方向电场测量单元构成差分放大结构。

5.根据权利要求1所述的伸缩谐振式三维电场传感器，其中，所述梁式结构框架包括：

外围框架，为椭圆形、矩形、圆形或菱形，其通过第一类梁结构与外围锚点相连接，通过第二类梁结构与X方向电场测量单元、Y方向电场测量单元和Z方向电场测量单元的屏蔽电极相连接，用于在三者之间传递振动。

6.根据权利要求5所述的伸缩谐振式三维电场传感器，其中，所述梁式结构框架还包括：

内部框架；位于所述外围框架内部，与所述外围框架的边相连接，为直形、弯形、蛇形或锯齿形，用于增加缓冲，防止Z方向电场测量单元与外围框架相碰撞。

7.根据权利要求5所述的伸缩谐振式三维电场传感器，其中，所述外围框架为矩形；

外围锚点通过第一类梁结构连接至矩形外围框架的四条边；

对称的两X方向电场测量单元、两Y方向电场测量单元和两Z方向电场测量单元均通过第二类梁结构连接至矩形外围框架对角的两顶点。

8.根据权利要求1所述的伸缩谐振式三维电场传感器，其中，Z方向电场测量单元包括：

感应电极，固定在衬底上，与信号测量电路电性连接，其上分布若干个孔；

屏蔽电极，位于感应电极的上方，其主体部分上分布若干个与感应电极上的孔交错屏蔽设置的孔，主体部分的一端通过第二类梁结构连接梁式结构框架。

9.根据权利要求8所述的伸缩谐振式三维电场传感器，其中，位于所述感应电极和屏蔽电极主体部分的孔为圆形、矩形、扇形、三角形或椭圆形。

10.根据权利要求1所述的伸缩谐振式三维电场传感器，其中，Z方向电场测量单元包括：

感应电极，通过锚点固定于衬底，呈梳状结构；

屏蔽电极，其主体部分也呈梳状结构，其梳状结构的梳齿与感应电极梳状结构的梳齿交错排布设置，主体部分一端通过第二类梁结构连接至梁式结构框架。

11.根据权利要求8、9或10所述的伸缩谐振式三维电场传感器，其中：

所述屏蔽电极还包括：梳齿部分，该梳状结构梳齿的尖端指向平行于衬底表面方向；

所述驱动机构包括：驱动电极，固定于衬底上，与驱动信号的输入端电性连接，呈梳状结构，该梳状结构的梳齿与屏蔽电极梳状结构的梳齿交错排布设置。