諧振型壓電驅(qū)動式地面電場傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種諧振型壓電驅(qū)動式地面電場傳感器，包括：在壓電驅(qū)動片上設有多個孔；在每個金屬感應電極上設有多個固接孔；在金屬固定板上對稱布設有多個連接孔；每個絕緣柱的底端固接于金屬固定板上的一個連接孔內(nèi)；每個絕緣柱的上端部分別固接于每個金屬感應電極上的一個固接孔內(nèi)；每個金屬柱的下端固接于金屬固定板上的一個連接孔內(nèi)；每個金屬柱的頂端固接于壓電驅(qū)動片的一個孔內(nèi)；多個金屬柱位于每對絕緣柱之間；壓電驅(qū)動片位于由多個絕緣柱、金屬固定板和多個金屬感應電極組成的空間中，且壓電驅(qū)動片、金屬固定板和多個金屬感應電極相互平行，壓電驅(qū)動片通過多個金屬柱與金屬固定板連接，多個金屬感應電極分別通過每個絕緣柱與金屬固定板連接。
【專利說明】諧振型壓電驅(qū)動式地面電場傳感器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器，特別涉及諧振型壓電驅(qū)動式地面電場傳感器。
【背景技術】
[0002]地面電場傳感器是地面電場探測的重要設備，地面電場探測對于雷電天氣預警具有重要意義。晴朗天氣里和雷暴天氣的大氣電場差別很大，通過地面電場探測及時發(fā)現(xiàn)大氣電場的這種變化，并加以研究分析，就可以起到雷電預警作用?，F(xiàn)有的地面電場傳感器主要是場磨式電場傳感器和基于硅微加工技術的電場傳感器，其中場磨式電場傳感器出現(xiàn)得時間早，技術相對成熟，在地面電場探測中應用廣泛?；诠栉⒓庸ぜ夹g的電場傳感器是近些年出現(xiàn)的一種微型電場傳感器，這種微型電場傳感器通常以硅片為主要材料，由普通集成電路工藝技術對硅材料加工而成，具有尺寸小(一般小于I厘米)、重量輕、功耗低、易于批量化的優(yōu)點。但這種微型電場傳感器由于體積微小，對空氣中的水滴、灰塵都較敏感，容易損壞，因此需要進行封裝，而封裝微型電場傳感器是一個較難的問題，而且會增加傳感器的研制周期和成本，因此這種微型電場傳感器還處于研究探索階段，距離實用化還有一些距離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術方案存在的技術問題，本發(fā)明的目的是提供一種諧振型壓電驅(qū)動式地面電場傳感器。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的諧振型壓電驅(qū)動式地面電場傳感器的技術方案包括:一壓電驅(qū)動片、多個金屬感應電極、一金屬固定板，多個絕緣柱和多個金屬柱，其中:
[0005]在壓電驅(qū)動片上設有多個孔；
[0006]在每個金屬感應電極上設有多個固接孔；
[0007]在金屬固定板上對稱布設有多個連接孔；
[0008]每個絕緣柱的底端固接于金屬固定板上的一個連接孔內(nèi)；
[0009]每個絕緣柱的上端部分別固接于每個金屬感應電極上的一個固接孔內(nèi)；
[0010]每個金屬柱的下端固接于金屬固定板上的一個連接孔內(nèi)；
[0011]每個金屬柱的頂端固接于壓電驅(qū)動片的一個孔內(nèi)；
[0012]多個金屬柱位于每對絕緣柱之間；壓電驅(qū)動片位于由多個絕緣柱、金屬固定板和多個金屬感應電極組成的空間中，且壓電驅(qū)動片、金屬固定板和多個金屬感應電極相互平行，壓電驅(qū)動片通過多個金屬柱與金屬固定板連接，多個金屬感應電極分別通過每個絕緣柱與金屬固定板連接。
[0013]優(yōu)選實施例，所述壓電驅(qū)動片含有呈方形或圓形的銅片和壓電陶瓷，銅片的上表面與壓電陶瓷下表面粘結(jié)成一體，壓電陶瓷的上表面有一層銀電極。
[0014]優(yōu)選實施例，在所述銅片上布設有兩個對稱的孔。
[0015]優(yōu)選實施例，所述金屬感應電極是使用一對金屬感應電極，每個金屬感應電極呈方形。
[0016]優(yōu)選實施例，所述金屬固定板呈方形，在金屬固定板的四角各設有一個連接孔，四個連接孔分別用于固定四個絕緣柱。
[0017]優(yōu)選實施例，在金屬固定板兩邊緣的中間位置分別布設有兩個對稱的連接孔兩個對稱的連接用于固定兩個金屬柱。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
[0019]本專利發(fā)明的這種諧振型壓電驅(qū)動式地面電場傳感器采用傳統(tǒng)的機械加工技術制作，但體積較場磨式電場傳感器小，功耗也更低一些。與基于娃微加工技術的微型電場傳感器相比，這種新傳感器雖然體積更大，但其結(jié)構(gòu)相對簡單，縮短了傳感器的研制周期，且這種新傳感器可以直接暴露于空氣之中，避免了考慮傳感器敏感結(jié)構(gòu)的封裝問題，適用于惡劣天氣下地面電場的探測。另外，這種電場傳感器利用壓電驅(qū)動片在一定的諧振頻率下的振動模態(tài)，實現(xiàn)了差分電流輸出，有利于提高傳感器靈敏度和抑制環(huán)境干擾。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1a是本發(fā)明采用方形壓電驅(qū)動片的電場傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖1b是圖1a的方形壓電驅(qū)動片正面示意圖；
[0022]圖2a是本發(fā)明諧振型、圓形壓電驅(qū)動片地面電場傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2b是圖2a的圓形壓電驅(qū)動片正面示意圖；
[0024]圖3是本發(fā)明的本發(fā)明諧振型壓電驅(qū)動式地面電場傳感器基本工作原理示意圖?！揪唧w實施方式】
[0025]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0026]本發(fā)明的諧振型壓電驅(qū)動式地面電場傳感器，壓電驅(qū)動片I和多個金屬感應電極，金屬固定板4，多個絕緣柱5和多個金屬柱6，其中:在壓電驅(qū)動片I上設有多個孔；在每個金屬感應電極上設有多個固接孔；在金屬固定板4上對稱布設有多個連接孔；每個絕緣柱5的底端固接于金屬固定板4上的一個連接孔內(nèi)；每個絕緣柱5的上端部分別固接于每個金屬感應電極上的一個固接孔內(nèi)；每個金屬柱6的下端固接于金屬固定板4上的一個連接孔內(nèi)；每個金屬柱6的頂端固接于壓電驅(qū)動片I的一個孔內(nèi)；多個金屬柱6位于每對絕緣柱5之間；壓電驅(qū)動片I位于由多個絕緣柱5、金屬固定板4和多個金屬感應電極組成的空間中，且壓電驅(qū)動片1、金屬固定板4和多個金屬感應電極相互平行，壓電驅(qū)動片I通過多個金屬柱6與金屬固定板4連接，多個金屬感應電極2和3分別通過每個絕緣柱5與金屬固定板4連接。
[0027]如圖1a和圖1b示出采用方形壓電驅(qū)動片的電場傳感器結(jié)構(gòu)的實施例1，使用一個壓電驅(qū)動片1、一對完全相同的金屬感應電極、一塊金屬固定板4、四個絕緣柱5和兩個金屬柱6組成。一對完全相同的金屬感應電極是左感應電極2和右感應電極3。
[0028]所述多個金屬感應電極是使用一對金屬感應電極2和3且呈方形，并帶有多個固接孔，通過絕緣柱5與金屬固定板4連接固定，每個金屬感應電極與一對絕緣柱5連接。
[0029]如圖1a和圖1b示出壓電驅(qū)動片I呈方形，或如圖2a和圖2b示出壓電驅(qū)動片I呈圓形，所述壓電驅(qū)動片I含有呈方形或圓形的銅片12和壓電陶瓷11，銅片12的上表面與壓電陶瓷11下表面粘結(jié)成一體，壓電陶瓷11的上表面有一層銀電極13。由面積較大的銅片12與面積較小的壓電陶瓷11粘結(jié)而成，壓電陶瓷11的外側(cè)有一層銀電極13，在諧振型壓電驅(qū)動式地面電場傳感器工作時可施加交流驅(qū)動電壓。
[0030]壓電驅(qū)動片I的銅片12部分有兩個對稱的孔，通過兩個金屬柱6連接固定壓電驅(qū)動片I。所述金屬固定板4呈方形，在金屬固定板4的四角各設有一個連接孔，四個連接孔分別用于固定四個絕緣柱5。在金屬固定板4兩邊緣的中間位置分別布設有兩個對稱的連接孔兩個對稱的連接用于固定兩個金屬柱6。
[0031 ] 如圖3示出在外電場E中，諧振型壓電驅(qū)動式地面電場傳感器工作時，需在壓電陶瓷11的銀電極13的一側(cè)加交流驅(qū)動電壓，而壓電陶瓷11的銅片12部分通過金屬柱6與金屬固定板4共同接地，壓電驅(qū)動片I則產(chǎn)生周期振動，其中銅片12可以起到調(diào)制外電場E的作用，使得感應電極2和3上產(chǎn)生周期變化的感應電荷。當交流驅(qū)動電壓處于一定的頻率時，壓電驅(qū)動片I會處于諧振狀態(tài)，形成類似“蹺蹺板”式的振動模態(tài)，即壓電驅(qū)動片I的一端遠離感應電極、一端靠近感應電極,這樣,在這種振動模態(tài)下,左感應電極2和右感應電極3上感應電荷量的變化趨勢相反，從而形成了一對差分電流信號i+和i_，利用后續(xù)的差分信號檢測系統(tǒng)檢測出這對差分電流信號，并通過對諧振型壓電驅(qū)動式地面電場傳感器進行標定，便可以實現(xiàn)對外電場的檢測。這種差分檢測的優(yōu)點在于可以提高傳感器的靈敏度并抑制環(huán)境干擾。
[0032]需要說明的是，選擇“蹺蹺板”振動模態(tài)，是因為這種振動模態(tài)比較簡單，其實在壓電驅(qū)動片的其它某些諧振頻率的軸對稱振動模態(tài)，只要能保證左感應電極2、右感應電極3上形成變化趨勢相反的感應電荷，均可以實現(xiàn)諧振型壓電驅(qū)動式地面電場傳感器的差分信號輸出，也就是說，諧振型壓電驅(qū)動式地面電場傳感器在實際工作中，可能有更多的諧振頻率工作點可以選擇，但相比較而言，“蹺蹺板”模態(tài)最簡單，最容易實現(xiàn)。
[0033]另外，方形壓電驅(qū)動片和圓形壓電驅(qū)動片的最大尺寸一般不大于I分米，因此這種諧振型壓電驅(qū)動式地面電場傳感器具有體積較小的優(yōu)點。
[0034]實施例2
[0035]所述多個金屬感應電極，不限于一對相同的金屬感應電極2和3,還可以使用兩對或更多對相同的金屬感應電極。
[0036]所述多個絕緣柱5，不限于四個絕緣柱5，根據(jù)金屬固定板4的尺寸大小還可以使用六個、八個絕緣柱5。
[0037]所述多個金屬柱6，不限于兩個金屬柱6，根據(jù)壓電驅(qū)動片I的尺寸大小還可以使用四個、六個、八個金屬柱5。
[0038]以上所述，僅為本發(fā)明中的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發(fā)明所揭露的技術范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種諧振型壓電驅(qū)動式地面電場傳感器，其特征在于包括:一壓電驅(qū)動片、多個金屬感應電極、一金屬固定板，多個絕緣柱和多個金屬柱，其中:在壓電驅(qū)動片上設有多個孔； 在每個金屬感應電極上設有多個固接孔； 在金屬固定板上對稱布設有多個連接孔； 每個絕緣柱的底端固接于金屬固定板上的一個連接孔內(nèi)； 每個絕緣柱的上端部分別固接于每個金屬感應電極上的一個固接孔內(nèi)； 每個金屬柱的下端固接于金屬固定板上的一個連接孔內(nèi)； 每個金屬柱的頂端固接于壓電驅(qū)動片的一個孔內(nèi)； 多個金屬柱位于每對絕緣柱之間；壓電驅(qū)動片位于由多個絕緣柱、金屬固定板和多個金屬感應電極組成的空間中，且壓電驅(qū)動片、金屬固定板和多個金屬感應電極相互平行，壓電驅(qū)動片通過多個金屬柱與金屬固定板連接，多個金屬感應電極分別通過每個絕緣柱與金屬固定板連接。
2.按權(quán)利要求1所述的諧振型壓電驅(qū)動式地面電場傳感器，其特征在于，所述壓電驅(qū)動片含有呈方形或圓形的銅片和壓電陶瓷，銅片的上表面與壓電陶瓷下表面粘結(jié)成一體，壓電陶瓷的上表面有一層銀電極。
3.按權(quán)利要求2所述的諧振型壓電驅(qū)動式地面電場傳感器，其特征在于，在所述銅片上布設有兩個對稱的孔。
4.按權(quán)利要求1所述的諧振型壓電驅(qū)動式地面電場傳感器，其特征在于，所述金屬感應電極是使用一對金屬感應電極，每個金屬感應電極呈方形。
5.按權(quán)利要求1所述的諧振型壓電驅(qū)動式地面電場傳感器，其特征在于，所述金屬固定板呈方形，在金屬固定板的四角各設有一個連接孔，四個連接孔分別用于固定四個絕緣柱。
6.按權(quán)利要求5所述的諧振型壓電驅(qū)動式地面電場傳感器，其特征在于，在金屬固定板兩邊緣的中間位置分別布設有兩個對稱的連接孔兩個對稱的連接用于固定兩個金屬柱。
【文檔編號】G01R29/12GK103901284SQ201210580187
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月27日
【發(fā)明者】夏善紅, 葉超, 彭春榮, 陳賢祥 申請人:中國科學院電子學研究所, 國家衛(wèi)星氣象中心