[发明专利]一种压电驱动的水平谐振式微型电场传感器及其工作方法

说明书

本发明涉及电场传感器领域，具体公开了一种压电驱动的水平谐振式微型电场传感器及其工作方法，感应电极固定设置；屏蔽电极平行设置于感应电极的一侧；屏蔽电极的两侧均设有压电驱动结构；压电驱动结构包括支撑梁、第一压电驱动梁和第二压电驱动梁，支撑梁固定设置于屏蔽电极的一侧，第一压电驱动梁和第二压电驱动梁对称分布于支撑梁两侧，第一压电驱动梁的一端与支撑梁连接，第一压电驱动梁的另一端与屏蔽电极连接，第二压电驱动梁的一端与支撑梁连接，第二压电驱动梁的另一端与屏蔽电极连接。本发明传感器的驱动方式为压电驱动，工作模式为水平谐振模式，解决了现有技术中压电驱动方式无法用于水平谐振式电场传感器的问题。

技术领域

本发明涉及电场传感器领域，特别涉及一种压电驱动的水平谐振式微型电场传感器及其工作方法。

背景技术

基于电荷感应原理的MEMS电场传感器，通常包括屏蔽电极、感应电极和驱动结构。在驱动结构的带动下，屏蔽电极周期性地遮挡感应电极，使感应电极上感应电荷发生周期性变化。水平振动式电场传感器在工作时，屏蔽电极与感应电极间发生平行相对振动，相较于垂直振动模式，具有空气阻尼小的优点；其驱动信号可以不同于感应信号频率，有利于降低驱动信号对感应信号的干扰。

现有的水平振动式微型电场传感器通常采用热驱动或静电驱动方式。热驱动的驱动结构简单，但响应速度慢；静电驱动响应速度快，但所需驱动电压高（一般高于20Vp-p），这些缺陷阻碍了水平振动式微型电场传感器与标准CMOS电路或其他电气量传感器的集成应用。因此，发展一种兼具响应速度快、驱动电压低、功耗低的水平振动式微型电场传感器，对提升水平振动式电场传感器与标准COMS集成电路的兼容性和推进其集成应用尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中，压电驱动方式仅能用于垂直谐振式电场传感器而无法用于水平谐振式电场传感器的问题，提供一种压电驱动的水平谐振式微型电场传感器及其工作方法；本发明所提供的微型电场传感器兼具驱动信号与感应信号间相互干扰小、响应速度快、驱动电压低和功耗低的特点。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种压电驱动的水平谐振式微型电场传感器，包括感应电极、屏蔽电极和压电驱动结构：

所述感应电极固定设置；

屏蔽电极平行设置于感应电极的一侧；

屏蔽电极的两侧均设有所述压电驱动结构，压电驱动结构能够驱动屏蔽电极发生振动，屏蔽电极的振动方向与感应电极平行；

压电驱动结构包括支撑梁、第一压电驱动梁和第二压电驱动梁，支撑梁固定设置于屏蔽电极的一侧，第一压电驱动梁和第二压电驱动梁的结构相同，第一压电驱动梁和第二压电驱动梁对称分布于支撑梁两侧，第一压电驱动梁和第二压电驱动梁均与屏蔽电极的运动方向垂直，第一压电驱动梁的一端与支撑梁连接，第一压电驱动梁的另一端与屏蔽电极连接，第二压电驱动梁的一端与支撑梁连接，第二压电驱动梁的另一端与屏蔽电极连接。

优选的，第一压电驱动梁和第二压电驱动梁沿厚度方向均包括依次设置的驱动电极组层、压电薄膜、下驱动电极、绝缘层和弹性梁，驱动电极组层与屏蔽电极的振动平面平行，所述驱动电极组层包括第一上驱动电极组和第二上驱动电极组，第一上驱动电极组包括设置在压电薄膜一组对角位置的两块第一上驱动电极，第二上驱动电极组包括设置在压电薄膜另一组对角位置的两块第二上驱动电极，第一上驱动电极和第二上驱动电极的形状相同且均为条状；第一压电驱动梁的第一上驱动电极并联，第二压电驱动梁的第二上驱动电极并联。

优选的，所述感应电极包括第一感应电极组和第二感应电极组，第一感应电极组包括若干条状的第一感应电极，若干条状的第一感应电极并联，第二感应电极组包括若干条状的第二感应电极，若干条状的第二感应电极并联，第一感应电极和第二感应电极相间，第一感应电极和第二感应电极相间且平行设置；