CN201662590U - 一种半导体型探头及包含该探头的非侵入式电压测量装置 - Google Patents
一种半导体型探头及包含该探头的非侵入式电压测量装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN201662590U CN201662590U CN2010201419414U CN201020141941U CN201662590U CN 201662590 U CN201662590 U CN 201662590U CN 2010201419414 U CN2010201419414 U CN 2010201419414U CN 201020141941 U CN201020141941 U CN 201020141941U CN 201662590 U CN201662590 U CN 201662590U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sampling switch
- metal electrode
- sampling
- semiconductor
- probe
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Abstract
本实用新型涉及一种半导体型探头及使用该探头的非侵入式电压测量装置，该半导体型探头采用将感应部件与采样部件集成在同一块半导体衬底上的结构设计，可以有效减小半导体探头的体积和重量，方便批量生产，其中采样部件采用“氧化层-金属电极-绝缘层-金属电极”的平行板型电容结构，具有电极面积大、高灵敏度、大量程以及良好的线性度，适合收集感应部件产生的感应电荷；感应部件由于外延层直接制作在半导体衬底上，外延层中的电荷仅仅是一个重新排布的过程，因此响应时间很快，本实用新型非侵入式电压测量装置还包括采样控制电路、信号处理电路、微处理器、数字显示器、第一采样开关和第二采样开关。
Description
技术领域
本实用新型属于电压测量装置技术领域，特别是涉及一种半导体型探头及包含该探头的非侵入式电压测量装置。
背景技术
电压检测传感器是供配电***中的必备设备，其使用范围广、使用数量多，根据检测方式不同，大致可以分为侵入式检测与非侵入式检测两种。
侵入式检测，是指检测电路需在配电回路上搭建电气信号引出回路，通过测量回路中的电流、电压或磁信号，达到检测配电回路电压信号的目的。其优点是设备结构简单，缺点是与被检测电路直接接触，检测电路的故障有可能传导至被测电路，导致被测电路发生故障。
非侵入式检测，是指检测电路在电气上与负荷设备不发生直接联系而达到非接触式检测配电回路电压信号的目的。非侵入式监测即使出现故障也不会对被检测电路造成影响，一方面排除了导致被测电路故障的可能性，另一方面也可以保证测量的安全性，更加适合在科研生产等领域内使用。
传统的电压传感器，都是铁芯线圈结构的电压传感器，它们利用电磁感应原理实现了电压的非侵入式测量，但是这种方法具有以下缺陷：
1.精度较低、要求线圈绕制非常精确，信号处理要求较高；
2.响应时间慢、测量范围有限、同时易受到电磁干扰；
3.体积、重量较大。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种半导体型探头，该探头精度高、响应快、量程广、体积小、重量轻且易批量生产，并且在大规模生产时能够大幅度降低生产成本，可以广泛用于科学研究以及工业生产等领域的电压检测。
本实用新型的另外一个目的在于提供一种包含该探头的非侵入式电压测量装置。
本实用新型的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种半导体型探头，由集成在一块半导体衬底上的感应部件与采样部件组成，其中感应部件由生长在半导体衬底上表面和下表面的外延层、制作在外延层上的金属电极和金属电极上的引脚组成，采样部件由依次设置在半导体衬底上表面的氧化层、下层金属电极、绝缘层、上层金属电极和引脚组成，其中上层金属电极和下层金属电极上各设有一个引脚。
在上述半导体型探头中，半导体衬底为硅片、蓝宝石或碳化硅中的一种；外延层为P型厚外延层，外延层的厚度为10um～30um。
在上述半导体型探头中，金属电极、上层金属电极和下层金属电极为铝电极、金电极或钛电极，电极厚度均为1.0um～1.5um。
在上述半导体型探头中，采样部件中绝缘层为聚酰亚胺，厚度为0.5～1.0um；氧化层的厚度为0.5～1.0um。
一种包含半导体型探头的非侵入式电压测量装置，还包括采样控制电路、信号处理电路、微处理器、数字显示器、第一采样开关和第二采样开关，其中：
采样控制电路：与第一采样开关和第二采样开关连接，通过控制第一采样开关与第二采样开关的断开和闭合，实现半导体探头的电压采样和电压采样值的输出，并将电压采样值输出给信号处理电路，同时将第一采样开关与第二采样开关断开和闭合的状态信息输出给微处理器；
信号处理电路：接收半导体探头输出的电压采样值，进行滤波、放大处理，并将处理后的模拟信号转化为数字信号，输出给微处理器；
微处理器：接收采样控制电路输出的第一采样开关与第二采样开关断开和闭合的状态信息，及接收信号处理电路输出的数字信号，并控制数字显示器显示数字信号；
数字显示器：接收微处理器输出的数字信号，并进行显示；
第一采样开关：连接半导体探头中的感应部件与采样部件，用于控制半导体探头实现电压采样；
第二采样开关：连接半导体探头中的采样部件与信号处理电路，用于控制半导体探头实现电压采样值的输出。
在上述包含半导体型探头的非侵入式电压测量装置中，采样控制电路的工作原理为：当第一采样开关闭合，第二采样开关断开时，实现半导体探头的电压采样，当第一采样开关断开，第二采样开关闭合时，停止电压采样，实现半导体探头的电压采样值的输出。
本实用新型相比现有技术具有如下有益效果：
(1)本实用新型的半导体探头采用将感应部件与采样部件集成在同一块半导体衬底上的结构设计，可以有效减小半导体探头的体积和重量，方便批量生产；
(2)本实用新型的半导体探头中的采样部件由于采用半导体制造工艺制作成的“氧化层-金属电极-绝缘层-金属电极”的平行板型电容结构，具有电极面积大、高灵敏度、大量程以及良好的线性度，适合收集感应部件产生的感应电荷，可以为后续的信号处理电路提供更好的信号输入；
(3)本实用新型的半导体探头中的感应部件，由于外延层直接制作在半导体衬底上，外延层中的电荷仅仅是一个重新排布的过程，不涉及载流子的产生、复合过程，因此响应时间很快。
附图说明
图1为本实用新型半导体型探头结构示意图；
图2为本实用新型非侵入式电压测量装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述：
目前，半导体行业飞速发展，通过新工艺的出现、新材料的使用，使得半导体制造技术有了长足进步，在这种前提条件下，可以将半导体技术应用到非侵入式电压检测当中，以获得更高的测量精度，更快的响应速度以及更小的体积和重量。
本实用新型的原理是将半导体探头放入到被测电压所产生的电场当中后，半导体探头内部不同位置会产生电势差，这个电势差会引起半导体内部载流子的再分布，此时，半导体内部会产生一个自建电势来平衡这种载流子的再分布过程，直到达到平衡状态。此时，由于探头感应部件上下表面处的重掺杂厚外延层的存在，探头将在上下表面处感应出正电荷或者负电荷。通常情况下，半导体内部的自建电势是无法测量得到的，因此需要使用采样部件来采集探头感应出的电荷，通过半导体制造工艺制备的采样部件具有电极面积大、高灵敏度、大量程以及良好的线性度，适合收集探头感应电荷，可以为后续的信号处理电路提供更好的信号输入，从而实现了非侵入式电压测量。
如图1所示为本实用新型半导体型探头结构示意图，由图可知半导体探头由集成在同一块半导体衬底4上的感应部件与采样部件组成，其中感应部件由生长在半导体衬底4上表面和下表面的外延层3、制作在外延层3上的金属电极2和金属电极2上的引脚组成，其中引脚为两个，分别是第一引脚1与第二引脚9，其中半导体衬底4的材料为硅片、蓝宝石或碳化硅中的一种，外延层3为P型厚外延层，厚度为10um～30um，金属电极2为铝电极、金电极或钛电极。
采样部件由依次设置在半导体衬底4上表面的氧化层6、下层金属电极8、绝缘层5、上层金属电极7和第三引脚10、第四引脚11组成，其中第三引脚10设置在上层金属电极7上，第四引脚11设置在下层金属电极8上。其中上层金属电极7和下层金属电极8为铝电极、金电极或钛电极，并且上层金属电极7和下层金属电极8厚度为1.0um～1.5um；绝缘层5为聚酰亚胺，厚度为0.5～1.0um；氧化层6可以为二氧化硅，厚度为0.5～1.0um。
如图2所示为本实用新型非侵入式电压测量装置结构示意图，由图可知该测量装置由包括半导体型探头、采样控制电路、信号处理电路、微处理器、数字显示器、第一采样开关和第二采样开关组成，其中半导体探头中的第一引脚1与第三引脚10之间连接第一采样开关，第三引脚10与信号处理电路之间连接第二采样开关，本实用新型中使用CD4066或者MAX4664、MAX4665、MAX4666等模拟开关芯片作为第一采样开关与第二采样开关。
采样控制电路与第一采样开关和第二采样开关连接，通过控制第一采样开关与第二采样开关的断开和闭合，实现半导体探头的电压采样和电压采样值的输出，并将电压采样值输出给信号处理电路，同时将第一采样开关与第二采样开关断开和闭合的状态信息输出给微处理器，具体工作原理为：当第一采样开关闭合，第二采样开关断开时，实现半导体探头的电压采样，当第一采样开关断开，第二采样开关闭合时，停止电压采样，实现半导体探头的电压采样值的输出。其中采样控制电路采用RC震荡电路，通过RC震荡电路的两个反向输出端驱动两个采样开关，实现两个采样开关一个闭合、一个断开，同时两个反向输出端也可以将两个采样开关的工作状态输出给微处理器。
信号处理电路接收半导体探头输出的电压采样值，进行滤波、放大处理，并将处理后的模拟信号转化为数字信号，输出给微处理器，其中进行信号放大处理的放大器选择AD8032，将模拟信号转化为数字信号的A/D采用AD7705BR。
微处理器接收采样控制电路输出的第一采样开关与第二采样开关断开和闭合的状态信息，及信号处理电路输出的数字信号，并控制数字显示器进行显示，微处理器可以选择常用的51系列单片机。
具体的工作过程为：
当***开始工作时，采样控制电路控制第一采样开关闭合、第二采样开关断开，半导体型探头对被测电压进行采样，当经过一段采样时间之后，采样控制电路控制第一采样开关断开，第二采样开关闭合，这时信号处理电路将对半导体型探头输出的电压值信号进行处理，并将处理结果输出给微处理器，微处理器控制数字显示器显示测试结果，上述过程既为一个完整的电压测试周期。
Claims (9)
1.一种半导体型探头，其特征在于：由集成在一块半导体衬底(4)上的感应部件与采样部件组成，其中感应部件由生长在半导体衬底(4)上表面和下表面的外延层(3)、制作在外延层(3)上的金属电极(2)和金属电极(2)上的引脚组成，采样部件由依次设置在半导体衬底(4)上表面的氧化层(6)、下层金属电极(8)、绝缘层(5)、上层金属电极(7)和引脚组成，其中上层金属电极(7)和下层金属电极(8)上各设有一个引脚。
2.根据权利要求1所述的一种半导体型探头，其特征在于：所述半导体衬底(4)为硅片、蓝宝石或碳化硅中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种半导体型探头，其特征在于：所述外延层(3)为P型厚外延层，外延层的厚度为10um～30um。
4.根据权利要求1所述的一种半导体型探头，其特征在于：所述金属电极(2)、采样部件中的上层金属电极(7)和下层金属电极(8)均为铝电极、金电极或钛电极中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种半导体型探头，其特征在于：所述金属电极(2)、采样部件中的上层金属电极(7)和下层金属电极(8)厚度均为1.0um～1.5um。
6.根据权利要求1所述的一种半导体型探头，其特征在于：所述采样部件中绝缘层(5)为聚酰亚胺，厚度为0.5～1.0um。
7.根据权利要求1所述的一种半导体型探头，其特征在于：所述采样部件中氧化层(6)的厚度为0.5～1.0um。
8.一种包含权利要求1所述半导体型探头的非侵入式电压测量装置，其特征在于还包括采样控制电路、信号处理电路、微处理器、数字显示器、第一采样开关和第二采样开关，其中：
采样控制电路：与第一采样开关和第二采样开关连接，通过控制第一采样开关与第二采样开关的断开和闭合，实现半导体探头的电压采样和电压采样值的输出，并将电压采样值输出给信号处理电路，同时将第一采样开关与第二采样开关断开和闭合的状态信息输出给微处理器；
信号处理电路：接收半导体探头输出的电压采样值，进行滤波、放大处理，并将滤波、放大处理后的模拟信号转化为数字信号，输出给微处理器；
微处理器：接收采样控制电路输出的第一采样开关与第二采样开关断开和闭合的状态信息，及接收信号处理电路输出的数字信号，并控制数字显示器显示所述数字信号；
数字显示器：接收微处理器输出的数字信号，并进行显示；
第一采样开关：连接半导体探头中的感应部件与采样部件，用于控制半导体探头实现电压采样；
第二采样开关：连接半导体探头中的采样部件与信号处理电路，用于控制半导体探头实现电压采样值的输出。
9.根据权利要求8所述的一种包含权利要求1所述半导体型探头的非侵入式电压测量装置，其特征在于：所述采样控制电路的工作原理为：当第一采样开关闭合，第二采样开关断开时，实现半导体探头的电压采样，当第一采样开关断开，第二采样开关闭合时，停止电压采样，实现半导体探头的电压采样值的输出。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010201419414U CN201662590U (zh) | 2010-03-26 | 2010-03-26 | 一种半导体型探头及包含该探头的非侵入式电压测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010201419414U CN201662590U (zh) | 2010-03-26 | 2010-03-26 | 一种半导体型探头及包含该探头的非侵入式电压测量装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN201662590U true CN201662590U (zh) | 2010-12-01 |
Family
ID=43233009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010201419414U Expired - Fee Related CN201662590U (zh) | 2010-03-26 | 2010-03-26 | 一种半导体型探头及包含该探头的非侵入式电压测量装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN201662590U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102854363A (zh) * | 2011-06-28 | 2013-01-02 | 施耐德电器工业公司 | 测量装置以及包括该测量装置的电气设备单元 |
| CN103499711A (zh) * | 2013-09-23 | 2014-01-08 | 无锡市汇博普纳电子有限公司 | 超小间距的高频集成电路交流自动测试探头 |
| CN108872690A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-11-23 | 桂林市华谊智测科技有限责任公司 | 一种非接触式感应片及测电笔 |
-
2010
- 2010-03-26 CN CN2010201419414U patent/CN201662590U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102854363A (zh) * | 2011-06-28 | 2013-01-02 | 施耐德电器工业公司 | 测量装置以及包括该测量装置的电气设备单元 |
| CN102854363B (zh) * | 2011-06-28 | 2016-12-21 | 施耐德电器工业公司 | 测量装置以及包括该测量装置的电气设备单元 |
| CN103499711A (zh) * | 2013-09-23 | 2014-01-08 | 无锡市汇博普纳电子有限公司 | 超小间距的高频集成电路交流自动测试探头 |
| CN108872690A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-11-23 | 桂林市华谊智测科技有限责任公司 | 一种非接触式感应片及测电笔 |
| CN108872690B (zh) * | 2018-07-04 | 2024-05-14 | 桂林市华谊智测科技有限责任公司 | 一种非接触式感应片及测电笔 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105387796B (zh) | 一种电感式位移传感器的检测电路及其检测方法 | |
| CN106199367A (zh) | 一种igbt结温测量装置 | |
| CN205844484U (zh) | 一种便携式高压断路器机械特性测试仪 | |
| CN102590587A (zh) | 中压大电流直流断路器短路电流识别装置及其识别方法 | |
| CN201662590U (zh) | 一种半导体型探头及包含该探头的非侵入式电压测量装置 | |
| Chen et al. | A power sensor tag with interference reduction for electricity monitoring of two-wire household appliances | |
| CN106353561A (zh) | 电流检测芯片和电流检测方法 | |
| CN104006909A (zh) | 一种索力检测方法及使用该方法的索力传感器 | |
| CN101738584A (zh) | 工业蓄电池微小内阻测量方法 | |
| CN110146737A (zh) | 一种基于磁分流结构的大量程电流传感器 | |
| CN201311463Y (zh) | 大电流氧化锌避雷器阻性电流测试仪 | |
| CN105676053B (zh) | 一种触摸屏缺陷检测*** | |
| CN201754160U (zh) | 非晶玻璃包裹丝磁敏探头及包含该探头的电流测量装置 | |
| CN209589305U (zh) | 一种基于超磁致伸缩逆效应压力传感器 | |
| Chen et al. | A flexible, non-intrusive power sensor tag for the electricity monitoring of two-wire household appliances | |
| CN109579686A (zh) | 一种采用电涡流传感器测量金属厚度的方法及*** | |
| CN205786821U (zh) | 一种残余电压测试仪 | |
| CN106197764B (zh) | 一种铁基非晶合金带材压磁效应的测试方法 | |
| CN205482768U (zh) | 一种位移传感器的检测电路 | |
| CN102103156B (zh) | 一种数字式电流互感器及测量交流输电导线电流的方法 | |
| CN109030931A (zh) | 基于Arduino单片机的电流信号检测装置 | |
| CN201628694U (zh) | 铁精粉磁性铁含量传感器 | |
| CN204422629U (zh) | 一种非接触式交流电流测量装置 | |
| CN114137279A (zh) | 超导/tmr复合的微弱电流检测方法、传感器及其制备方法 | |
| CN201340444Y (zh) | 一种发电机残压频率检测模块 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20101201 Termination date: 20150326 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |