[发明专利]MEMS地面大气电场传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种MEMS地面大气电场传 感器。

背景技术

雷电灾害是联合国公布的十大自然灾害之一，雷电也是直接影响航天 发射成败的重要天气因素，在航天器发射规范中，已经将大气电场强度列 为航天器能否发射的主要条件之一。雷击可对电网造成严重的危害，包括 线路跳闸、输变电设备故障、线路非计划停运等，都直接影响了电网的安 全稳定运行和供电用电的安全可靠性。石油化工行业除采用大量对雷电非 常敏感的电气电子设备及辅助设施外，生产过程中物料及成品储运很大部 分都具有易燃易爆特点，是雷电灾害事故多发的敏感行业之一。采用静电 场传感器对大气电场强度大小、极性等变化进行监测和分析，对可能造成 雷击危险的大气电场变化加以识别，在灾害来临之前进行预警，对防雷减 灾具有非常重要的意义，也是未来气象部门进行雷电等灾害性天气预报的 发展趋势。然而，国内外已商业化的静电场传感器基本上采用传统的机械 加工技术，存在易磨损的机械部件，在体积、功耗及其它性能等方面也有 一些问题，无法广泛应用。

发明内容

鉴于上述技术问题，为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一 种MEMS地面大气电场传感器。

根据本发明的一个方面，提供了一种MEMS地面大气电场传感器， 包括：弧顶探测结构，包括：导电弧顶防雨外壳，顶部为弧形，底部设置 有朝向顶部的凹槽，导电连接柱，设置在所述凹槽顶部，与所述弧顶防雨 外壳电连接；固支腔体上部，为顶部封闭、底部开口的筒体，设置在所述 凹槽内，所述连接柱贯穿固支腔体上部顶部，且与所述固支腔体上部电性 绝缘；以及固支腔体下部，封闭固支腔体上部的底部开口，用于形成固支 腔体，以及MEMS电场测量模块，设置在所述固支腔体内，用于通过所 述导电连接柱及导电弧顶防雨外壳来探测外界电场。

根据本发明一种实施例的MEMS地面大气电场传感器，还包括：腔 体结构，设置在所述弧顶探测结构下方，包括：主壳，为顶部封闭、底部 开口的筒体，顶部设置第一开孔；以及后盖，所述后盖用于封闭主壳的底 部开口，所述MEMS电场测量模块设置在所述腔体结构内。

根据本发明一种实施例的MEMS地面大气电场传感器，所述MEMS 电场测量模块包括：MEMS电场敏感芯片，探测外界电场产生感应电流； 前置放大电路，将电流信号转换为电压信号；以及驱动解调电路，为所述 MEMS电场敏感芯片提供工作信号，并对所述电压信号进行电场信息解算， 所述MEMS电场敏感芯片的封装顶部为金属盖板。

根据本发明一种实施例的MEMS地面大气电场传感器，所述金属盖 板与所述导电连接柱通过导线电连接。

根据本发明一种实施例的MEMS地面大气电场传感器，所述固支腔 体下部设有第二开孔，所述第一开孔和第二开孔用于所述导线穿过。

根据本发明一种实施例的MEMS地面大气电场传感器，所述MEMS 电场测量模块还包括：绝缘密封盒，用于容置顺序堆叠设置的所述MEMS 电场敏感芯片、前置放大电路，以及金属感应板，设置在绝缘密封盒靠近 所述MEMS电场敏感芯片的金属盖板的盒壁外侧。

根据本发明一种实施例的MEMS地面大气电场传感器，所述金属感 应板与所述导电连接柱通过导线电连接。

根据本发明一种实施例的MEMS地面大气电场传感器，所述绝缘密 封盒容置顺序堆叠设置的所述MEMS电场敏感芯片、前置放大电路及驱 动解调电路。

根据本发明一种实施例的MEMS地面大气电场传感器，所述主壳和 后盖中的至少一个包括密封槽和/或灌胶槽，用于使得所述主壳和后盖密封 连接。

根据本发明一种实施例的MEMS地面大气电场传感器，所述绝缘密 封盒内设有干燥剂。

根据本发明一种实施例的MEMS地面大气电场传感器，所述固支腔 体上部和固支腔体下部为金属材料或绝缘材质表面电镀金属层制成。

根据本发明一种实施例的MEMS地面大气电场传感器，所述主壳和 后盖为金属材料或绝缘材质表面电镀金属层制成。

根据本发明一种实施例的MEMS地面大气电场传感器，所述腔体结 构内设置固定装置，用于固定所述MEMS电场测量模块。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

采用低功耗的MEMS电场敏感芯片技术，无马达易磨损的机械部件， 降低了功耗，易批量生产，并提高了产品的可靠性。

采用弧顶防雨外壳，其顶部和四周都可以感应电场，增大了电场感应 面积，提高了传感器的灵敏度。