本发明涉及电场探测领域，具体涉及一种基于声表面波的电场探测装置。
背景技术：
电场的测量不仅对导弹、火箭、航空器发射中意义重大，而且对城市环境污染、超净实验室、炼油厂、储油站等地面上容易引起静电和容易受静电及雷达危害的场所也有着广泛的应用。传统电场测量装置的灵敏度低，探索基于新原理的电场探测技术对提高电场测量的灵敏度具有重要意义。
技术实现要素：
为解决以上问题，本发明提供了一种基于声表面波的电场探测装置，包括：基底、加热部、压电材料层、有机共轭聚合物材料、第一叉指换能器、第二叉指换能器、第一反射部、第二反射部，基底的表面设有凹坑，加热部填充凹坑，压电材料层置于基底和加热部上，有机共轭聚合物材料置于加热部顶部压电材料层上，第一叉指换能器和第二叉指换能器分别置于压电材料层上加热部的两侧，第一反射部和第二反射部分别置于第一叉指换能器和第二叉指换能器的两侧。
更进一步地，有机共轭聚合物材料为聚3-己基噻吩。
更进一步地，在加热部顶部，压电材料层的表面设有凹槽。
更进一步地，有机共轭聚合物材料填充所述凹槽。
更进一步地，在加热部顶部，压电材料层中设有孔洞。
更进一步地，有机共轭聚合物材料填充所述孔洞。
更进一步地，压电材料层的材料为钽酸锂、铌酸锂或石英。
更进一步地，在加热部顶部的中间位置，压电材料层薄；在加热部顶部的边缘，压电材料层厚。
本发明的有益效果：本发明提供了一种基于声表面波的电场探测装置，包括：基底、加热部、压电材料层、有机共轭聚合物材料、第一叉指换能器、第二叉指换能器、第一反射部、第二反射部，基底的表面设有凹坑，加热部填充凹坑，压电材料层置于基底和加热部上，有机共轭聚合物材料置于加热部顶部压电材料层上，第一叉指换能器和第二叉指换能器分别置于压电材料层上加热部的两侧，第一反射部和第二反射部分别置于第一叉指换能器和第二叉指换能器的两侧。应用时，首先，在无电场空间测量压电材料层上声表面波的传播特性，此时加热部为常温；然后，将本发明置于待测电场空间内，并且加热部通过压电材料层加热有机共轭聚合物材料，加热持续一段时间后，冷却压电材料层和有机共轭聚合物材料，重新测量压电材料层上声表面波的传播特性，根据前后声表面波传播特性的变化，确定待测电场。在此过程中，待测电场改变了有机共轭聚合物材料分子链的方向，从而改变了压电材料层内的应力及压电材料层/有机共轭聚合物材料复合结构的应力分布，从而改变了声表面波的传播特性。因为在加热时，有机共轭聚合物材料的分子链方向严重地依赖于其周围的电场、声表面波的传播特性也严重地依赖于其自身的状态和周围的环境，因此，本发明具有电场探测灵敏度高的优点。另外，本发明是基于传统电学和传统声学的，设备简单，成本低。此外，本发明直接在压电材料层上设置有机共轭聚合物材料，具有制备简单的优点。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是一种基于声表面波的电场探测装置的示意图。
图2是又一种基于声表面波的电场探测装置的示意图。
图3是再一种基于声表面波的电场探测装置的示意图。
图中：1、基底；2、加热部；3、压电材料层；4、有机共轭聚合物材料；5、第一叉指换能器；6、第二叉指换能器；7、第一反射部；8、第二反射部；9、凹槽；10、孔洞。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
本发明提供了一种基于声表面波的电场探测装置，如图1所示，包括基底1、加热部2、压电材料层3、有机共轭聚合物材料4、第一叉指换能器5、第二叉指换能器6、第一反射部7、第二反射部8，基底1的表面设有凹坑，加热部2填充凹坑。基底1的材料为绝热材料，用以隔绝加热部2产生的热。加热部2可以通过连接其他高温物体的方法产生高温，也可以通过电阻产生热来产生高温，在此不做具体限制。压电材料层3置于基底1和加热部2上。压电材料层3的材料为钽酸锂、铌酸锂或石英。有机共轭聚合物材料4置于加热部2顶部压电材料层3上。有机共轭聚合物材料4为聚3-己基噻吩。加热时，聚3-己基噻吩的微观形貌更容易被待测电场调控。第一叉指换能器5和第二叉指换能器6分别置于压电材料层3上加热部2的两侧，分别用以产生和探测声表面波。第一反射部7和第二反射部8分别置于第一叉指换能器5和第二叉指换能器6的两侧，用以反射声表面波。
应用时，首先，在无电场空间测量压电材料层3上声表面波的传播特性，此时加热部2为常温。具体地，在第一叉指换能器5上施加射频信号，该射频信号在压电材料层3上激发声表面波。第一反射部7和第二反射部8反射声表面波，在第一反射部7和第二反射部8之间形成驻波。第二叉指换能器6接收声表面波，从接收到的声表面波确定压电材料层3表面的声表面波的共振频率，确定声表面波的传播特性；然后，将本发明置于待测电场空间内，并且加热部2通过压电材料层3加热有机共轭聚合物材料4，加热持续一段时间后，冷却压电材料层3和有机共轭聚合物材料4，重新测量压电材料层3上声表面波的共振频率，根据前后声表面波共振频率的变化，确定待测电场。在此过程中，待测电场改变了有机共轭聚合物材料4分子链的方向，从而改变了压电材料层内3的应力及压电材料层3/有机共轭聚合物材料4复合结构的应力分布，从而改变了声表面波的共振频率。因为在加热时，有机共轭聚合物材料4的分子链方向严重地依赖于其周围的电场、声表面波的传播特性也严重地依赖于其自身的状态和周围的环境，因此，本发明具有电场探测灵敏度高的优点。另外，本发明是基于传统电学和传统声学的，设备简单，成本低。
实施例2
在实施例1的基础上，如图2所示，在加热部2顶部，压电材料层3的表面设有凹槽9。有机共轭聚合物材料4填充凹槽9。这样一来，有机共轭聚合物材料4与压电材料层3具有更多的接触面积。当有机共轭聚合物材料4分子链方向变化时，更多地改变压电材料层3与有机共轭聚合物材料4的异质结的力学特性，从而更多地改变第二叉指换能器6测得的共振频率，从而实现更高灵敏度的电场探测。更进一步地，凹槽9的方向垂直于第一叉指换能器5和第二叉指换能器6的连线方向，也就是说，凹槽9的方向垂直于声表面波的方向。这样一来，凹槽9及凹槽9内的有机共轭聚合物材料4更多地改变压电材料层3的力学特性，从而更多地改变第二叉指换能器6测得的共振频率，从而实现更高灵敏度的电场探测。
实施例3
在实施例1的基础上，如图3所示，在加热部2顶部，压电材料层3中设有孔洞10。有机共轭聚合物材料4填充孔洞。这样一来，一方面，孔洞10减少了压电材料层3中压电材料的量，当声表面波在压电材料层3的表面传播时，孔洞10更多地加长了声表面波的传播路径；另一方面，孔洞10也使得有机共轭聚合物材料4与压电材料层3具有更多的接触面积。此外，有机共轭聚合物材料4通过孔洞10与加热部2接触，使得有机共轭聚合物材料4能够更多地吸收加热部2的热，从而使得有机共轭聚合物材料4的温度更高。这三方面的效果均使得加热时，有机共轭聚合物材料4分子链方向改变更多，从而更多地改变了压电材料层3的力学特性，从而使得第二叉指换能器6测得的共振频率改变更多，从而实现更高灵敏度的电场探测。
实施例4
在实施例1-3的基础上，在加热部2顶部的中间位置，压电材料层3薄；在加热部2顶部的边缘，压电材料层3厚。也就是说，在有机共轭聚合物材料4所在处，压电材料层3薄。这样一来，当有机共轭聚合物材料4分子链方向改变时，对压电材料层3中的应力改变更多，从而更多地改变声表面波的共振频率，从而实现更高灵敏度的电场探测。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
1.一种基于声表面波的电场探测装置，其特征在于，包括：基底、加热部、压电材料层、有机共轭聚合物材料、第一叉指换能器、第二叉指换能器、第一反射部、第二反射部，所述基底的表面设有凹坑，所述加热部填充所述凹坑，所述压电材料层置于所述基底和所述加热部上，所述有机共轭聚合物材料置于所述加热部顶部所述压电材料层上，所述第一叉指换能器和所述第二叉指换能器分别置于所述压电材料层上所述加热部的两侧，所述第一反射部和所述第二反射部分别置于所述第一叉指换能器和所述第二叉指换能器的两侧。
2.如权利要求1所述的基于声表面波的电场探测装置，其特征在于：所述有机共轭聚合物材料为聚3-己基噻吩。
3.如权利要求2所述的基于声表面波的电场探测装置，其特征在于：在所述加热部顶部，所述压电材料层的表面设有凹槽。
4.如权利要求3所述的基于声表面波的电场探测装置，其特征在于：所述有机共轭聚合物材料填充所述凹槽。
5.如权利要求2所述的基于声表面波的电场探测装置，其特征在于：在所述加热部顶部，所述压电材料层中设有孔洞。
6.如权利要求5所述的基于声表面波的电场探测装置，其特征在于：所述有机共轭聚合物材料填充所述孔洞。
7.如权利要求1-6任一项所述的基于声表面波的电场探测装置，其特征在于：所述压电材料层的材料为钽酸锂、铌酸锂或石英。
8.如权利要求7所述的基于声表面波的电场探测装置，其特征在于：在所述加热部顶部的中间位置，所述压电材料层薄；在所述加热部顶部的边缘，所述压电材料层厚。
技术总结