电场探测先进传感器技术

【技术概述】电场是重要基础电学参量，电场传感器应用广泛。本项目围绕国家重大需求，自主创新，历经十余年，突破了电场探测先进传感器核心技术瓶颈，取得重要创新成果。发明了基于MEMS（微机电系统）技术的创新性高性能电场传感器敏感结构，研制出国际最高分辨力的电场敏感芯片；发明了抗表面电荷积聚和离子流噪声干扰、环境适应性强的MEMS电场传感器敏感芯片封装方法与结构，研制出MEMS电场传感器系列新产品。研制的产品已应用于我国太原、西昌、酒泉、文昌卫星发射基地的安全发射条件保障系统，成功用于国内外卫星发射和重大航天发射任务中，为星箭发射提供了关键决策依据，在航天发射任务中发挥了重要作用。成果还应用于电网、气象、石油石化、工业生产、国防以及科学研究等多个领域100余家单位，建立了广泛的合作关系，产品被美国、韩国等国外用户采购。制定了我国首个国家标准和国家军用标准各1项，建立企业标准5项。

经中国电子学会组织专家鉴定（鉴字[2015]第002号），由8名院士和多名权威专家组成的鉴定委员会认为：“在国际上首次实现了微型电场传感器实际应用，显著提升了电场探测传感器技术和应用水平。微型电场传感器的整体技术达到国际领先水平。”

【技术指标】

电场探测范围：-50kV/m～50kV/m（根据要求可拓展）

电场分辨力：优于20V/m

测量精度：优于5%

传感器功耗：低于0.65W

【技术特点】

（1）高性能：本项目研制的电场传感器电场分辨力优于20V/m，处于国际先进水平。

（2）微型化：基于MEMS技术的电场传感器敏感结构面积仅有2.5mm×2.5mm，特征尺寸微米量级，具有体积小、重量轻、空间分辨率高等优势。

（3）低功耗：MEMS电场传感器敏感芯片及处理电路功耗低，可使用电池供电，保障外场长时间运行。

（4）应用范围广：MEMS电场传感器无电机易磨损部件、无裸露可动部件，在粉尘环境及易燃易爆场所都可使用，具有可靠性高、稳定性好等突出优点。

【先进程度】国际先进、国内领先

【技术状态】小批量生产、工程应用阶段

【适用范围】

本项目研制的MEMS电场传感器具有尺寸小、功耗低、高性能的突出优点，无裸露可动部件，可同时测量交直流电场，具有目前应用的其它传统电场传感器所无法比拟的优势，可广泛用于雷暴监测与预警、材料表面与工业生产静电测量、非接触式电压测量、电力行业设备在线监测与电磁环境评估、电动汽车安全检测，以及高空云层大气电学研究等，在航空航天、电力、石化、气象等多个领域具有重要的应用，市场前景广阔。

【获奖情况】2015年度北京市科学技术奖一等奖；2014年度中国（国际）传感器创新大赛特等奖；2015年度“中国科学院科技成果在北京转化先进团队”科技成果转化奖一等奖。

【专利状态】申请发明专利45项，其中授权31项（包括美国专利2项）。

【合作方式】

（1）投资需求。寻求投资进行产业化推广，用于建立MEMS电场传感器专用封装测试线，实现批量化制造，产能达到100万只/年，资金需求2亿元，实施周期3年。

（2）合作开发。与电网、石油石化、气象等应用方展开合作，共同开展基于MEMS电场传感器的电场探测设备的研发，促进相关设备的微小型化和升级换代。

（3）技术服务。与各省市的气象部门合作建设包含地面及大气电场强度检测的气象站和气象观测网，与国家电网等企业合作开展电网防雷研究及应用开发，建设配电网故障检测的示范工程等。

【预期效益】

目前气象、电网、铁路、航天、危化行业、工业等领域对MEMS电场传感器的需求迫切，雷电预警系统、探空电场仪、配电网故障指示器、非接触式电压测量传感器、手持静电仪等设备在以上领域每年的需求量超百万台（套），市场规模超10亿元/年。

未来，MEMS电场传感器还可用于消费电子领域，用于检测（监测）市电、生活静电、雷电等，集成到手机、智能家电中，应用市场规模巨大。

【联系方式】彭春荣010-58887590/13522952096