[发明专利]一种用于离子化空气中的电场敏感单元封装结构

说明书

本发明公开了一种用于离子化空气中的电场敏感单元封装结构，包括：电场敏感单元，用于感知被测电场强度，并将其转化为能够解调的电信号；敏感芯片封装，包覆在电场敏感单元外部，用于保护电场敏感单元，且不屏蔽被测电场；测试电路，用于为电场敏感单元提供驱动电压，并解调其输出信号；离子化壳体，包覆在敏感芯片封装外部，用于防护电场敏感单元及敏感芯片封装，避免敏感芯片封装附近沉积电荷；离子化电极，用于接受沉积电荷，并利用沉积电荷进行测量。本发明提出的封装结构能够克服沉积电荷对测试的干扰，增大了测试灵敏度，实现在离子化空气环境中对于电场的准确测量，提升环境适应性能力。

技术领域

本发明涉及电场监测及静电测量技术领域，特别涉及一种用于离子化空气中的电场敏感单元封装结构。

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；在电子及石化领域，人体、设备、油气等静电荷积累到一定程度后容易引发放电，造成设备损伤、火灾、爆炸等严重的事故，通过监测电场，评估静电高危区域带电情况，为电子及石化领域安全生产提供必要参数。

在这些应用领域中，有时会遇到离子化空气环境，当电荷沉积在电场传感器敏感单元上，造成了测量误差。例如，强电场及高电压可能引发空气电离，形成离子化的被测环境。在电子、半导体等领域中，通过离子风机、软X射线仪使气体电离，电离后的气体可用于中和带静电的物质，也由此产生了离子化空气环境。如何在离子化空气环境中实现电场或静电的准确测量一直是这一领域的难题。

传统的场磨式、振动电容式等电场传感器通过调制感应电荷为交变信号实现测量，然而在离子化空气环境中，沉积电荷产生的附加电流对感应电荷量造成了干扰。此外，由于包含裸露的可动部件，这两种传感器均存在组装复杂、机械结构易损坏等问题。传统的光学式电场传感器利用Pockels效应、Kerr效应等进行检测，当电荷沉积到光学敏感晶体表面时，产生了附加电场，也对测量产生影响。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，具有重要的科研及产业价值。

申请人技术团队曾提出“基于高阻材料的电场传感器封装元件CN 103633036 B”，“电极型电场传感器封装元件及其用途CN 106124870 B”，“一种灵敏度增强型电场传感器的封装盖板及封装方法CN 106672890 B” 等发明专利，提出了一系列封装结构，解决了电场传感器的敏感单元裸露易损坏、灵敏度不足等难题。然而，前期的敏感芯片封装结构在离子化空气环境中，也可能受沉积电荷影响，造成测试误差。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种用于离子化空气中的电场敏感单元封装结构，利用在封装结构表面沉积电荷的电场进行电场测量，避免电荷对电场敏感单元的影响，无裸露可动部件，使用便捷，可靠性高。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下方案：

一种用于离子化空气中的电场敏感单元封装结构，包括：

电场敏感单元，用于感知被测电场强度，并将被测电场强度转化为能够解调的电信号；

敏感芯片封装，包覆在所述电场敏感单元外部，用于保护所述电场敏感单元，且不屏蔽被测电场；

测试电路，用于为所述电场敏感单元提供驱动电压，并解调其输出信号；