一种压电驱动的MEMS型电场传感器.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115980467A(43)申请公布日2023.04.18(21)申请号202310271318.2(22)申请日2023.03.20(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市碑林区咸宁西路28号(72)发明人刘明白雪金靓胡天翼沈律康(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200专利代理师范巍(51)Int.Cl.G01R29/12(2006.01)G01R1/02(2006.01)G01R1/04(2006.01)G01R1/18(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种压电驱动的MEMS型电场传感器(57)摘要本发明公开了一种压电驱动的MEMS型电场传感器，包括衬底、弹性梁、多级压电驱动结构和互屏蔽电极，在弹性梁的两侧设置互屏蔽电极，弹性梁的两端分别设置有多级压电驱动结构，衬底表面形成有基坑，基坑为互屏蔽电极提供振动变形空间，弹性梁悬置在基坑的上方，弹性梁的两端与衬底的顶部固接；采用多级压电驱动结构能够有效增强其对可动电极的驱动能力，多级压电驱动结构的长度大于可动电极的长度，压电驱动结构的长度越长，相同驱动电压下自由端位移越大，因此能够有效减小MEMS型电场传感器的驱动电压以及功耗。CN115980467ACN115980467A权利要求书1/1页1.一种压电驱动的MEMS型电场传感器，其特征在于，包括衬底（1）、弹性梁（5）、多级压电驱动结构（2）和互屏蔽电极；所述衬底（1）的表面形成有基坑，弹性梁（5）悬置在基坑的顶部，弹性梁（5）的两端与衬底（1）的顶部固接，弹性梁（5）的两侧分别连接互屏蔽电极，弹性梁（5）的两端分别设置多级压电驱动结构（2）；所述互屏蔽电极包括固定电极（3）和可动电极（4），可动电极（4）与弹性梁（5）连接，固定电极（3）与衬底（1）连接，并且可动电极（4）与多级压电驱动结构（2）平行设置，多级压电驱动结构（2）能够驱动可动电极（4）发生垂直振动。2.根据权利要求1所述的一种压电驱动的MEMS型电场传感器，其特征在于，所述多级压电驱动结构（2）的长度大于可动电极（4）的长度。3.根据权利要求1所述的一种压电驱动的MEMS型电场传感器，其特征在于，所述多级压电驱动结构（2）包括多个级联的压电驱动结构，压电驱动结构与弹性梁（5）连接，多个压电驱动结构平行且间隔排布。4.根据权利要求3所述的一种压电驱动的MEMS型电场传感器，其特征在于，所述多级压电驱动结构（2）自下而上包括绝缘层（6）、下驱动电极（7）、压电驱动层（8）和上驱动电极（9），绝缘层（6）与弹性梁（5）连接。5.根据权利要求4所述的一种压电驱动的MEMS型电场传感器，其特征在于，所述压电驱动层（8）的材料为锆钛酸铅、铌酸锂、聚偏二氟乙烯和铌镁酸铅‑钛酸铅中的任意一种。6.根据权利要求1所述的一种压电驱动的MEMS型电场传感器，其特征在于，所述弹性梁（5）包括横向梁（51）和两个竖向梁（52），两个竖向梁（52）设置在横向梁（51）的两侧，并且竖向梁（52）的中部与横向梁（51）的端部连接，形成H型结构的弹性梁（5），两组互屏蔽电极对称设置在横向梁（51）的两侧。7.根据权利要求6所述的一种压电驱动的MEMS型电场传感器，其特征在于，所述竖向梁（52）的端部通过连接梁（54）与固定梁（53）连接，所述多级压电驱动结构（2）固接在固定梁（53）上，连接梁（54）与竖向梁（52）垂直设置，固定梁（53）与竖向梁（52）平行设置。8.根据权利要求6所述的一种压电驱动的MEMS型电场传感器，其特征在于，两组多级压电驱动结构（2）设置在两个竖向梁（52）的两侧，并分别与两个竖向梁（52）相反的两端连接。9.根据权利要求1所述的一种压电驱动的MEMS型电场传感器，其特征在于，所述固定电极（3）和可动电极（4）均为感应电极，且两者相互屏蔽，固定电极（3）和可动电极（4）为梳齿型结构。10.根据权利要求1所述的一种压电驱动的MEMS型电场传感器，其特征在于，所述衬底（1）的材料为硅、碳化硅、氮化镓和砷化镓中的任意一种。2CN115980467A说明书1/5页一种压电驱动的MEMS型电场传感器技术领域[0001]本发明涉及电场传感器领域，具体为一种压电驱动的MEMS型电场传感器。背景技术[0002]电场与人类的生产生活有着密不可分的联系，无论是日常所用家电还是航空航天及军事研究，都需要考虑电场的影响，因此，对于电场的测量具有十分重大的意义。电场传感器作为测量电场的工具也成为当前的研究热点，并且基于微机电系统（MEMS，Micro‑Electro‑MechanicalSystem）的微型电场传感器因其体积小、低成本、低功耗、易于集成等优点被广泛关