[实用新型]球载式MEMS探空电场传感器及其集成系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及空中电场监测技术领域，尤其涉及一种球载式MEMS 探空电场传感器及其集成系统。

背景技术

电场监测具有十分重要的意义。在气象领域，监测地表及高空大气电场变化，可获知雷电的孕育、发展及发生信息，为雷电预警提供重要指标，从而为导弹和卫星等飞行器的发射升空提供重要的安全保障，也能够为森林、景区、输电线路、石化炼厂提供预警信息；在电网领域，监测输电线路及变电站等附近的电场，可准确获知交直流电压及相位信息，为智能电网输电状态提供重要参考，也可获知输电线路附近民宅等设施附近电场强度，为评估电网电磁环境影响提供依据；在石化领域，人体、设备、油气等静电荷积累到一定程度后容易引发放电，造成火灾、爆炸等严重的安全事故，通过监测电场，评估静电高危区域带电情况，为石化领域安全生产提供有力支撑。然而，电场检测离不开对电场传感器的基础研究工作。

随着电场检测技术的发展，电场传感器朝体积小、集成化、批量化的方向发展，尤其是基于微纳米技术的电场传感器具有成本低、体积小、功耗低、可实现批量生产、易于集成化、工作频带宽，以及电场探测的空间分辨率高等突出优点，是电场探测传感器的重要发展方向，受到国际上越来越多的关注。然而，在进行空中电场测试时，传感器需面临低温、高湿、低气压、降水等多种恶劣环境的影响，探空电场传感器的结构设计及对应结构的标定方法尤为重要。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

为了解决或者至少部分缓解上述技术问题，本实用新型提供了一种球载式MEMS探空电场传感器及其集成系统。本实用新型球载式MEMS探空电场传感器及其集成系统，使用便捷，可避免受到低温、高湿度、降水等恶劣环境的影响，具有更高的灵敏度及稳定性。

(二)技术方案

根据本实用新型的一个方面，提供了一种球载式MEMS探空电场传感器，包括：保温罩，内部形成一空腔，用于提供一容纳空间；并且该保温罩具有一开口；MEMS电场传感器敏感芯片，设于所述保温罩所述容纳空间内；感应探头，其一端固定连接在所述保温罩内的所述传感器敏感芯片上，另一端经所述保温罩的开口延伸至所述保温罩的外部。

在本实用新型的一些实施例中，所述感应探头从所述保温罩内部向外延伸预设长度，其位于所述保温罩之外的一端部的形状为球体、倒角圆柱体或倒角正方体。

在本实用新型的一些实施例中，在所述开口处的所述感应探头与保温罩之间设有绝缘隔离层，绝缘隔离层电阻率不小于10⁸Ωcm。

在本实用新型的一些实施例中，所述保温罩为防静电保温罩，该防静电保温罩通过在泡沫或塑料外表面涂覆、包裹金属材料或防静电材料形成。

在本实用新型的一些实施例中，还包括：信号处理单元，位于所述保温罩之内，用于为敏感芯片提供工作的驱动信号，及处理敏感芯片的输出信号；电源，包括干电池或干电池组，固定于所述保温罩内部；以及加热单元，用于对MEMS电场传感器敏感芯片及信号处理单元进行辅助供热。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种MEMS探空电场传感器集成系统，包括所述的球载式MEMS探空电场传感器，还包括探空仪电路及天线，该探空仪电路设于所述保温罩内，该天线从保温罩内部穿出。

在本实用新型的一些实施例中，所述MEMS探空电场传感器的信号处理单元通过有线或无线方式将电场信号输出至探空仪。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本实用新型球载式MEMS探空电场传感器及其集成系统至少具有以下有益效果其中之一：

(1)通过将MEMS电场传感器敏感芯片置于保温材料结构内部，避免传感器受低温、高湿度、降水等恶劣环境的影响，有效提升MEMS电场传感器在高空低温、高湿度、降水、离子流等恶劣条件下的环境适应性。

(2)通过防静电保温材料结构，避免传感器静电荷积累的影响。

(3)在所述开口处的所述感应探头与保温罩之间设有绝缘隔离层即可避免感应探头上的感应电荷衰减，保证探空电场传感器的性能。

(4)球载式MEMS探空电场传感器无需水泡电池，可直接采用干电池，无需打开传感器内部，提升了传感器使用便捷性。

(5)通过探头结构，探头向外延伸，将探头的感应电荷引导到传感器敏感芯片表面，避免传感器敏感芯片外露，提升传感器的准确性及稳定性。感应探头末端设为球体，增大了感应探头的感应面积，提升了传感器的灵敏度。