[发明专利]一种声表面波固态电场传感器

说明书

本发明提供了一种声表面波固态电场传感器，包括声表面波延迟线和敏感电极，声表面波延迟线包括衬底、压电元件、叉指换能器和感测区反射栅；压电元件布置于衬底上表面；敏感电极布置在压电元件上表面形成感测区，压电元件上表面还制备有叉指换能器和感测区反射栅，叉指换能器和感测区反射栅相对设置在感测区的两侧，叉指换能器的电端口通过阻抗网络连接到天线。本发明提供的声表面波固态电场传感器内部只有声表面波的传播和变换，不需要任何驱动检测电路，整个感测过程不会对外电场造成任何扰动，可实现对被测电场的无失真感测，且没有任何可动部件，不会受到环境振动的影响。

技术领域

本发明属于电场传感器技术领域，特别是一种可实现无失真感测的声表面波固态电场传感器。

背景技术

自然万象多与电相关，人类的生产生活与电更是息息相关。电场的探测是人类认识和利用电的一种重要手段，特别是在航空航天、气象、石油化工、电力等领域具有重要的应用需求。通过测量并分析电场的时间变化和空间分布，可以更加深入地研究和解释与之相关的各类物理现象，进而更好地为人类社会服务。

随着MEMS（Microelectro Mechanical Systems）技术的快速发展，近年来MEMS电场传感器成为新的研究热点。目前国内外研究机构研究的重心主要集中在场磨式MEMS电场传感器和场驱式MEMS电场传感器两个方面。

场磨式MEMS电场传感器和传统的场磨式电场仪原理类似，只是将传统的机械结构芯片化，即将屏蔽电极的运动结构设计成为微梁支撑的质量块结构，通过静电力、热驱动、压电驱动等方式实现屏蔽电极的振动。如中国发明专利“振动屏蔽式电场传感器”（申请号：CN201110099538.9，公开日：2011.08.31）所述，其包括成对设置的屏蔽电极和感应电极，通过电致伸缩原理推动屏蔽电极作周期性地往复运动，得到感应电荷和电场的关系。再如中国发明专利“一种基于扭转振动的互屏蔽式电场传感器”（申请号：CN201810255986.5，公开日：2018.09.07）所述，在可动扭转电极扭转振动时，固定电极和可动扭转电极之间产生相对运动，两者相互屏蔽，同时在固定电极和可动扭转电极上产生感应电荷的变化，以此测量出电场的大小。

场驱式MEMS电场传感器利用被测电场对微结构的激励（静电力驱动、压电驱动等）而使可动部件运动，再通过电容检测、压阻效应、光电检测等方法检测运动位移，来实现电场感测。如中国发明专利“基于驻极体的MEMS电场传感器”（申请号：CN201410281318.1，公开日：2014.09.03）所述，当外加交流电场时金属细丝会产生相应频率和振幅的振动，通过检测金属细丝和基板上导电细条构成的电容的变化来测量外加交流电场的大小和幅值。

受需求牵引微型电场传感器是目前MEMS传感器领域的研究热点之一，各种各样的传感器结构层出不穷，传感器的性能也得到了很大的提升，有些成果也进行了产品化，实现了小批量生产和应用。然而，也要看到目前MEMS电场传感器本身固有的问题还没有得到很好的解决。①因传感器内部带有可动部件使其受外部振动的影响很大，尽管通过设计高性能的驱动电路可以改善抗振性，但还不能从根本上解决这个问题。②现有微传感器的驱动和检测部件因有电的参与，会对被测电场造成扰动，从而带来感测误差，而不能实现无失真感测。因此，开展微型化电场传感器研究，解决现有传感器抗干扰能力弱，不能无失真感测的问题，实现微传感器的高性能应用充满着机遇与挑战。

发明内容

针对解决现有微型电场传感器抗干扰能力弱，不能无失真感测的问题，本发明基于声表面波技术提出一种可实现电场无失真感测的新型固态电场传感器。

本发明采用以下技术方案，提供一种声表面波固态电场传感器，包括声表面波延迟线和敏感电极，所述声表面波延迟线包括衬底、压电元件、叉指换能器和感测区反射栅；

所述压电元件布置于所述衬底上表面；所述敏感电极布置在压电元件上表面形成感测区，所述压电元件上表面还制备有叉指换能器和感测区反射栅，所述叉指换能器和感测区反射栅相对设置在所述感测区的两侧，所述叉指换能器的电端口通过阻抗网络连接到天线。