本发明涉及电场传感领域，具体涉及一种压电薄膜体波谐振器电场传感器。
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，本发明提供了一种压电薄膜体波谐振器电场传感器，包括：第一压电体、第二压电体、第一电极、第二电极、第一施力部、第二施力部、有机共轭聚合物材料，第一压电体和第二压电体之间设有间隙，有机共轭聚合物材料填充间隙，第一电极和第二电极分别设置在第一压电体和第二压电体的相同方向侧面上，第一施力部和第二施力部分别设置在第一压电体和第二压电体的外侧。
更进一步地，第一压电体和第二压电体相同。
更进一步地，第一压电体和第二压电体关于间隙镜面对称设置。
更进一步地，第一电极和第二电极关于间隙镜面对称设置。
更进一步地，间隙为矩形。
更进一步地，间隙为等腰三角形，等腰三角形的底边和第一电极、第二电极同侧。
更进一步地，第一压电体和第二压电体的材料为氮化铝、氧化锌、或锆钛酸铅压电陶瓷。
更进一步地，第一电极和第二电极的材料为铝。
本发明的有益效果：本发明提供了一种压电薄膜体波谐振器电场传感器，包括：第一压电体、第二压电体、第一电极、第二电极、第一施力部、第二施力部、有机共轭聚合物材料，第一压电体和第二压电体之间设有间隙，有机共轭聚合物材料填充间隙，第一电极和第二电极分别设置在第一压电体和第二压电体的相同方向侧面上，第一施力部和第二施力部分别设置在第一压电体和第二压电体的外侧。在本发明中，第一压电体、有机共轭聚合物材料、第二压电体构成复合结构，用以承载体声波。应用时，在无电场空间，测量复合结构中体声波的共振频率；然后，将本发明置于待测电场内，同时应用红外线加热有机共轭聚合物材料，加热持续一段时间后，冷却有机共轭聚合物材料，重新测量复合结构中体声波的共振频率，根据前后复合结构中体声波共振频率的变化，确定待测电场。在加热过程中，待测电场改变了有机共轭聚合物材料分子链的方向，从而改变了有机共轭聚合物材料的应力分布和间隙的宽度，从而改变了复合结构的共振频率。因为在加热时，有机共轭聚合物材料分子链的方向严重地依赖于其所处的电场，并且体声波的共振频率严重地依赖于复合结构内部的应力分布。因此，本发明具有电场测量灵敏度高的优点，在电场传感领域具有良好的应用前景。
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是压电薄膜体波谐振器电场传感器的示意图。
图2是又一种压电薄膜体波谐振器电场传感器的示意图。
图中：1、第一压电体；2、第二压电体；3、间隙；4、第一电极；5、第二电极；6、第一施力部；7、第二施力部。
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
本发明提供了一种压电薄膜体波谐振器电场传感器，如图1所示，包括第一压电体1、第二压电体2、第一电极4、第二电极5、第一施力部6、第二施力部7、有机共轭聚合物材料。第一压电体1和第二压电体2之间设有间隙3，间隙3为矩形。有机共轭聚合物材料填充间隙3。有机共轭聚合物材料为聚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。第一压电体1和第二压电体2的材料为氮化铝、氧化锌、或锆钛酸铅压电陶瓷。本发明中，第一压电体1、有机共轭聚合物材料、第二压电体2构成复合结构，用以承载体声波。第一电极4和第二电极5分别设置在第一压电体1和第二压电体2的相同方向侧面上，用以激发和探测复合结构中的体声波。第一电极4和第二电极5的材料为铝。将第一电极4和第二电极5设置在第一压电体1和第二压电体2的相同方向侧面上，方便制备。此时，虽然整个复合结构中均有体声波，但是体声波的大部分能量集中在第一电极4和第二电极5所在的第一压电体1和第二压电体2侧面。第一施力部6和第二施力部7分别设置在第一压电体1和第二压电体2的外侧，用以针对复合结构施加压力。
应用时，在无电场空间，测量复合结构中体声波的共振频率；具体地，第一电极4施加交流激励信号，从而在复合结构中激发体声波；应用第二电极2接收体声波信号，根据不同频率时体声波信号的强度，确定复合结构中体声波的共振频率。然后，将本发明置于待测电场内，同时应用红外线加热有机共轭聚合物材料，加热持续一段时间后，冷却有机共轭聚合物材料，重新测量复合结构中体声波的共振频率，根据前后复合结构中体声波共振频率的变化，确定待测电场。在加热过程中，待测电场改变了有机共轭聚合物材料分子链的方向，从而改变了有机共轭聚合物材料的应力分布和间隙3的宽度，从而改变了复合结构的共振频率。因为在加热时，有机共轭聚合物材料分子链的方向严重地依赖于其所处的电场，并且体声波的共振频率严重地依赖于复合结构内部的应力分布。因此，本发明具有电场测量灵敏度高的优点，在电场传感领域具有良好的应用前景。
实施例2
在实施例1的基础上，第一压电体1和第二压电体2相同。第一压电体1和第二压电体2关于间隙3镜面对称设置。第一电极4和第二电极5关于间隙3镜面对称设置。也就是说，整个装置关于间隙3镜面对称，即在图1中，装置左右对称。这样一来，当体声波在复合结构中共振时，体声波的能量会集中在间隙3内；也就是在间隙3内，体声波振动强。当有机共轭聚合物材料分子链方向改变时，会更多地改变体声波的共振频率，从而实现更高灵敏度的电场探测。
间隙3的宽度小于体声波的波长。此时，体声波还是主要在整个复合结构中振动，第二电极5处的振动强，应用第二电极5探测容易。
实施例2
在实施例2的基础上，如图2所示，间隙3为等腰三角形，等腰三角形的底边和第一电极4、第二电极5同侧。因为大部分声波的能量集中在第一压电体1和第二压电体2的第一电极4或第二电极5一侧，所以将这附近的间隙3设置的较宽，而远离此区域的间隙3设置的较窄，有利于有机共轭聚合物材料发挥更大的作用，从而更多地改变体声波的共振频率；另一方面，将间隙3设置为等腰三角形：在复合结构的表面，间隙3宽；在复合结构的内部，间隙3窄，该楔形的界面有利于间隙3内的有机共轭聚合物材料吸收更多的红外线热量，从而更多地改变有机共轭聚合物材料分子链方向，从而更多地改变体声波的共振频率。另外，将间隙3设置为等腰三角形，减少了有机共轭聚合物材料的用量；在同等红外线能量的条件下，有机共轭聚合物材料分子链方向改变更多。因此，这三方面的作用均有利于提高电场探测的灵敏度。
更进一步地，等腰三角形的顶点与第一压电体1或第二压电体2的表面之间的距离大于2倍体声波波长、小于8倍体声波波长。因为体声波的能量沿深入第一压电体1或第二压电体2方向指数形式衰减，所以上述等腰三角形顶点的位置更有利于提高电场探测的灵敏度。
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。
1.一种压电薄膜体波谐振器电场传感器，其特征在于，包括：第一压电体、第二压电体、第一电极、第二电极、第一施力部、第二施力部、有机共轭聚合物材料，所述第一压电体和所述第二压电体之间设有间隙，所述有机共轭聚合物材料填充所述间隙，所述第一电极和所述第二电极分别设置在所述第一压电体和所述第二压电体的相同方向侧面上，所述第一施力部和所述第二施力部分别设置在所述第一压电体和所述第二压电体的外侧。
2.如权利要求1所述的压电薄膜体波谐振器电场传感器，其特征在于：所述第一压电体和所述第二压电体相同。
3.如权利要求2所述的压电薄膜体波谐振器电场传感器，其特征在于：所述第一压电体和所述第二压电体关于所述间隙镜面对称设置。
4.如权利要求3所述的压电薄膜体波谐振器电场传感器，其特征在于：所述第一电极和所述第二电极关于所述间隙镜面对称设置。
5.如权利要求4所述的压电薄膜体波谐振器电场传感器，其特征在于：所述间隙为矩形。
6.如权利要求4所述的压电薄膜体波谐振器电场传感器，其特征在于：所述间隙为等腰三角形，所述等腰三角形的底边和所述第一电极、所述第二电极同侧。
7.如权利要求1-6任一项所述的压电薄膜体波谐振器电场传感器，其特征在于：所述第一压电体和所述第二压电体的材料为氮化铝、氧化锌、或锆钛酸铅压电陶瓷。
8.如权利要求7所述的压电薄膜体波谐振器电场传感器，其特征在于：所述第一电极和所述第二电极的材料为铝。
技术总结