[发明专利]一种非接触式电场测量传感器

说明书

本发明公开了一种非接触式电场测量传感器，包括压敏电阻器、半导体薄膜、玻璃层、压电材料晶体和基底，所述压敏电阻器设置在半导体薄膜上，所述压电材料晶体内嵌于玻璃层中，所述玻璃层设有空气穴，所述基底上设有压电材料晶体和玻璃层。通过使用本发明，可以准确获取电场信息。本发明作为一种非接触式电场测量传感器，可广泛应用于传感器芯片领域。

技术领域

本发明涉及传感器芯片领域，尤其涉及一种非接触式电场测量传感器。

背景技术

压电传感器的滞回特性给压电材料晶体在多变电场中的使用带来了不便，难以精准测量在电场下材料的应变或应力也使其难以在实际电网测量中投入使用。压阻式传感器线性检测区间较小，且大多数压阻传感器不能感知受力方向，另外压阻式传感器对瞬时信号突变不敏感，在感知静态信息和缓慢信号时相应时间较长。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种非接触式电场测量传感器，可以准确获取电场信息。

本发明所采用的第一技术方案是：一种非接触式电场测量传感器，包括压敏电阻器、半导体薄膜、玻璃层、压电材料晶体和基底，所述压敏电阻器设置在半导体薄膜上，所述压电材料晶体内嵌于玻璃层中，所述玻璃层设有空气穴，所述基地上设有压电材料晶体和玻璃层。

进一步，所述压电材料晶体的高度与玻璃层的高度相同。

进一步，所述半导体薄膜的表面形状为正方形，所述压电材料晶体的表面形状为正方形，所述半导体薄膜边长大于压电材料晶体边长。

进一步，所述玻璃层由四块金字塔状玻璃组成，所述四块金字塔状玻璃分别位于压电材料晶体的四侧。

进一步，所述基底采用单晶硅制成。

进一步，所述压电材料晶体采用氧化锌制成。

进一步，所述压电材料晶体的边长为400μm，所述压电材料晶体的高度为350μm，所述半导体薄膜的边长为1000μm，所述半导体薄膜的高度为20μm，所述压敏电阻器的长度为210μm，所述压敏电阻器的宽度为140μm，所述压敏电阻器的高度为20μm。

进一步，以压电材料晶体的中心点为原点构建坐标系，所述压敏电阻器的位置为坐标(0，200，170)。

进一步，所述半导体薄膜采用N型掺杂和P型掺杂过的半导体硅材料，所述压敏电阻采用N型掺杂和P型掺杂过的半导体硅材料。

本发明的有益效果是：本发明通过压电材料晶体在电场下产生厚度、长度及宽度上的尺寸变化，产生作用力带动半导体薄膜产生形变，从而改变电阻，通过测量该电阻值得到压电材料晶体所处的电场情况。

附图说明

图1是本发明一种非接触式电场测量传感器X-Z平面的结构示意图；

图2是本发明一种非接触式电场测量传感器X-Y平面的结构示意图；

图3是本发明一种半导体薄膜表面应变分量沿x轴的分布示意图；

图4是本发明具体实施例压电材料晶体边长d1＝400μm时，半导体薄膜表面应变分量沿x轴的分布示意图；

图5是本发明具体实施例压电材料沿x轴中的位移与薄膜表面应变分量沿x轴的分布示意图；

图6是本发明具体实施例压电材料晶体不同高度下半导体薄膜产生应变的示意图；

图7是本发明具体实施例压电材料晶体不同高度下半导体薄膜产生位移的示意图；

图8是本发明具体实施例半导体薄膜不同厚度下半导体薄膜在稳态电场中的应变示意图；

图9是本发明具体实施例半导体薄膜不同厚度下半导体薄膜在稳态电场中的形变示意图；