電場傳感器在使用過程中，需要測量兩個方向上的電場強度，因此其靈敏度較高。
一般的電場傳感器包括壓阻式電場傳感器、壓電式電場傳感器和電磁感應(yīng)式電場傳感器等。
壓阻式電場傳感器結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，但靈敏度不高，一般需要外加磁場來增強其靈敏度。電容式電磁場傳感器具有響應(yīng)速度快、精度高和動態(tài)范圍寬等優(yōu)點，但對磁場不敏感。壓電式和電磁感應(yīng)式電場傳感器均為壓阻式，結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度較高且具有很寬的工作溫度范圍。
本文對四種主要的 MEMS電場計進行了介紹和比較，重點對壓阻式電場傳感器、電容式電場傳感器和電磁感應(yīng)式電場傳感進行了比較分析。并指出了其發(fā)展趨勢。
研究背景
MEMS技術(shù)是當(dāng)今的研究熱點之一，其在多個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，其中電場傳感技術(shù)作為 MEMS的重要應(yīng)用之一。
傳感器原理
壓電式電場傳感器由壓電材料構(gòu)成，主要有金屬箔片、金屬板和金屬絲等，金屬箔可制成圓形或方形，具有較好的抗彎曲能力。壓電材料的等效電阻與電壓成正比，在施加電壓后可將其變形為一個電阻值。
當(dāng)施加在金屬箔上的電壓足夠高時，就會產(chǎn)生一個機械信號。該信號可用于檢測施加在金屬箔上的電壓大小，從而確定兩個方向上的電場強度。壓電傳感器中還設(shè)有一個與之等效的電容元件，該電容元件會隨時間變化并產(chǎn)生相應(yīng)信號。在電路中設(shè)計了一個電流傳感器，來檢測電路中的電流大小，并將該電流與傳感器的輸出電壓進行比較，進而確定電場強度大小。
結(jié)構(gòu)設(shè)計
壓阻式電場傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是根據(jù)測量的電場大小進行選擇。壓阻式電場傳感器主要有三種類型：等面積型、等壓型和差壓型，一般采用差壓型結(jié)構(gòu)。壓阻式電場傳感器的核心部件為膜片，上有兩個電極，如圖4所示。在電極之間設(shè)有一個縫隙，的大小直接影響到電極的尺寸，這也是影響其靈敏度的一個主要因素。此外，為了滿足不同的電場測量需要，可以在薄膜上引入不同形狀、不同大小和不同數(shù)量的電極，以滿足不同情況下的測量需求。
芯片工藝
MEMS芯片的工藝對傳感器的性能有很大影響，目前在微機電系統(tǒng)（MEMS）領(lǐng)域，已經(jīng)提出了多種 MEMS制造工藝，包括硅基薄膜技術(shù)、硅基半導(dǎo)體技術(shù)和 CMOS技術(shù)。MEMS制造工藝一般包括：光刻（Laser）、刻蝕（Etching）、化學(xué)機械研磨（CMP）、擴散（Diffusion）、薄膜沉積（Thinfilm Layer Deposition）和微機械加工（micro-manufacturing）等。MEMS制造工藝具有制造精度高、成品率高以及環(huán)境影響小等優(yōu)點，但其制造成本相對較高。
傳感器測試與驗證
傳感器的測試通常采用電容式電場計，通過測量電荷在傳感器中的分布來計算電場值。可用于檢測電場強度或通過比較測量結(jié)果來確定測量結(jié)果的可靠性。
MEMS壓電式電場傳感器主要采用的是電容式電場傳感器，其原理是將電荷作用在電容上，通過改變電容器的電容，可使輸出電壓變化，從而達到測量的目的。但壓電式電場傳感器有兩個缺點：一是制作工藝復(fù)雜，二是制作成本高。電磁感應(yīng)式電場計具有測量精度高、穩(wěn)定性好和靈敏度高等優(yōu)點。
