[发明专利]分布电极式三维电场传感器

说明书

本公开提供了一种分布电极式三维电场传感器，包括：封装结构、电场敏感单元和多个分布式电极；电场敏感单元封装在封装结构内；多个分布式电极在封装结构的多个面上均匀分布；多个分布式电极分别与封装结构通过绝缘柱相连，多个分布式电极分别与电场敏感单元电性相连。本公开有利于减小三维电场传感器的体积，显著降低对被测空间电场的畸变干扰，有利于实现空间三维电场的高灵敏测量。

技术领域

本公开涉及电场检测技术领域，尤其涉及一种分布电极式三维电场传感器。

背景技术

电场测量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、油气等当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。

电场为矢量，包含方向与强度信息。在许多应用领域，仅测量电场的一维分量无法准确获知电场分布信息，容易造成较大的误差。例如，在高空电场探测领域，空中电场受雷暴云电荷影响，呈三维分布特征，且传感器在空中探测时姿态难以保持不变，仅通过一维电场敏感结构难以准确测量电场的三维分量，从而影响高空电场探测结果的准确性。

传统的三维电场传感器结构复杂、成本高、体积大。随着电场检测技术的发展，电场传感器朝着微型化、集成化的方向发展，尤其是基于微纳米技术的电场传感器具有体积小、功耗低、成本低、便于批量制造、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，是电场传感器的重要发展方向，受到国际上越来越多的关注。然而，目前可用于三维电场探测的微型传感器还比较缺乏。文献报道的微型电场传感器大部分仅能测量一维电场，而通过布置多个微型电场传感器进行三维电场测量的思路，系统复杂，成本高，制约了其广泛应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种分布电极式三维电场传感器，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种分布电极式三维电场传感器，包括：封装结构、电场敏感单元和多个分布式电极；电场敏感单元封装在封装结构内；多个分布式电极在封装结构上均匀分布；多个所述分布式电极分别与封装结构通过绝缘柱相连，多个所述分布式电极分别与所述电场敏感单元电性相连。

在本公开的一些实施例中，封装结构为立方体结构；多个分布式电极分布在封装结构正交的三个面上；多个分布式电极为平面片状结构。

在本公开的一些实施例中，封装结构为柱状体结构；多个分布式电极分别分布在封装结构的底面和侧面，在封装结构的侧面的分布式电极均匀分布；分布在封装结构底面的所述分布式电极为平面片状结构，分布在封装结构侧面的所述分布式电极为弧面片状结构。

在本公开的一些实施例中，封装结构为球状体结构；多个分布式电极均匀分布在封装结构表面；多个分布式电极为弧面片状结构。

在本公开的一些实施例中，电场敏感单元为多个，多个电场敏感单元在同一个封装结构内，定位在同一个封装结构上的分布式电极与封装在该封装结构内的电场敏感单元相连。

在本公开的一些实施例中，电场敏感单元为一个，定位在同一个封装结构上的分布式电极均与封装在该封装结构内的电场敏感单元相连。

在本公开的一些实施例中，封装结构包括：封装壳体和封装盖；电场敏感单元固定于封装壳体内；封装盖覆盖封装壳体开口，封装壳体与封装盖形成容置内腔。