王骏

摘 要：叉指电极的应用比较广泛，尤其是用作各类传感器的电极。本文给出了一种叉指结构电极电容的计算方法，可以针对多介质结构的电场进行计算，提高了计算精度。在理论分析计算的基础上，针对不同参数的介质结构的叉指电极电容进行了比较，在进一步通过ANSYS仿真的结果与实验数据进行比较，结果较好地验证了此计算方法的正确性。

关键词：传感器； 叉指电极； 多介质结构； 计算方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.137

0 引言

平面电容是利用共面电极间的横向电磁耦合实现的电容。叉指电极的应用比较广泛，最早出现的平面电容是叉指形平面电容，已被广泛应用于如在声面表波滤波器中用作换能器的电极[1]，再如敏感型传感器中的微电极[2-3]等等领域中。平面叉指电容构成的传感器可以应用在很多无损检测的场合，用于测量一些流场内部的物理量变化。例如，Peng等[4]利用平面叉指电容传感器在流变仪构造的振荡剪切流场中，在线测定了介电-流变响应，用以对聚合物取向结构进行表征。

然而，在目前大多数对叉指电容的研究的工作[5]中，只限于单层均匀介质的情况。Rui Igreja的研究工作虽然针对多层介质[6]，但是却对多次介质的结构有着严格的要求。

本文基于保角变换的准静态电学特性分析[7]推导单层和多层介质上的交指电容的闭合表达式。该工作没有对介质结构提出要求，具有一定的应用价值。

1 叉指电极结构

如图1所示的是叉指电极的截面示意图，电极的宽度设为2W，叉指电极的间距为2d。……