Die Erfindung betrifft einen Sensor zum Messen einer elektri schen Feldstärke eines elektrischen Feldes, welcher ein Ba siselement und ein Sensorelement mit zumindest einem elektri schen Leiter aufweist, wobei das Sensorelement durch die Wirkung des elektrischen Feldes auf den elektrischen Leiter von einer Ruheposition in eine Messposition auslenkbar ist.

Die elektrische Feldstärke ist eine der fundamentalen physikali schen Größen, deren quantitative Messung, vor allem bei niedri gen Frequenzen oder statischen Feldern, schwierig ist. Ein Grund dafür ist die leichte Störbarkeit des Feldes durch die Messung selbst. Insbesondere führen geerdete Zuleitungen und metallische Komponenten zu einer starken Verzerrung des elektrischen Feldes. Statische und niederfrequente Felder können nur in wohldefinier ten Umgebungen gemessen werden, was eine Messung eines solchen Feldes vor Ort, wie zum Beispiel in Hochspannungsanlagen, sehr schwierig gestaltet.

Eine störungsfreie Messung der elektrischen Feldstärke kann aber durchaus wichtig sein. Beispielsweise ist die Kenntnis der Feld stärke für Warneinrichtungen unabdingbar, welche vor Hochspan nungen in Energieversorgungseinrichtungen, vor einem drohenden Blitzschlag oder vor elektrostatischen Ladungen warnen. Derarti ge Warneinrichtungen können stationär bei Anlagen mit Gefähr dungspotenzial, beispielsweise bei Krananlagen, bei Hochspan nungsleitungen, zur Blitzwarnung bei Flughäfen, oder bei Getrei de- oder Holzverarbeitungsanlagen, verbaut werden. Im Bereich des Arbeitnehmerschutzes ist eine mobile Anwendung solcher Warn systeme gefragt. Diese können beispielsweise an der Arbeitsklei dung oder an einem Helm angebracht werden und können auch zu künftig der Überwachung der Einhaltung von Expositionsgrenzwer ten für elektrische Felder dienen. Eine mobile Verwendung erfor dert eine kompakte Ausführungsform, sollte frei von der Notwen digkeit einer Kalibrierung sein und sollte auch nicht durch schwer beeinflussbare Umweltparameter, wie beispielsweise Tempe ratur, beeinflusst werden.

Für die Messung elektrischer Felder wurden bisher unter anderem Feldmühlen verwendet. Diese basiert auf der Änderung eines Elek trodenpotenzials, welches durch das elektrische Feld influ- enziert wird. Um eine messbare Änderung zu erzeugen, muss die Elektrode regelmäßig mit einer weiteren Elektrode, die auf Masse liegt, abgeschirmt werden. Diese Äbschirmung erzeugt eine massi ve Feldverzerrung, welche aufwändige ortsabhängige Kalibrier- und Kompensationsvorgänge nötig macht.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung elektroopti scher Sensoren. Deren Kernelement ist ein Kristall, der seine optischen Eigenschaften in Abhängigkeit der auf ihn wirkenden elektrischen Feldstärke ändert. Diese Sensoren erzeugen keine Verzerrung des elektrischen Feldes, weisen aber eine starke Querempfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen auf.

Weiters existieren auch potenzialfreie elektrische Messsysteme, die ohne geerdete Komponenten auskommen, aber relativ große Messelektroden aufweisen. Gemessen wird die Spannung die zwi schen den Elektroden im Feld entsteht. Durch ihre Größe ist eine mobile Verwendung stark eingeschränkt und eine (quasi) punktför mige Messung nicht möglich.

Eine weitere Möglichkeit der Messung besteht in der Verwendung mikromechanischer Strukturen, die aus zwei elektrisch leitfähi gen Elementen bestehen. Im elektrischen Feld wird in diese eine Ladung influenziert und es entsteht eine Anziehung zwischen den beiden Elementen. Einer der beiden Teile ist dabei beweglich ge lagert und kann sich verschieben. Diese Verschiebung wird ausge lesen und daraus die elektrische Feldstärke ermittelt. Das Sys tem hat jedoch den Nachteil, dass es bei geringen Feldstärken überproportional unempfindlich ist und die Richtungsinformation des Feldes verloren geht. Darüber hinaus erzeugen Wechselfelder einen konstanten Anteil, der das Vorhandensein eines Gleichfel des vortäuscht.

Aus dem Artikel Liyanage, S.; Shafai, C.; Chen, T.; Rajapakse,

A. „Torsional Moving Electric Field Sensor with Modulated Sensi- tivity and without Reference Ground", Proceedings 2017, 1, 350 ist ein Sensor bekannt, der die oben genannten Probleme redu ziert. Dieser Sensor besteht aus einem plättchenförmigen Sensor- element rechteckiger Grundfläche. Auf das Sensorelement sind großflächig zwei leitfähige, voneinander elektrisch isolierte Elektroden aufgebracht. Weiters ist der Sensor an zwei gegen überliegenden Seiten verschwenkbar gelagert. Die beiden Elektro den befinden sich jeweils auf unterschiedlichen Seiten der Schwenkachse. Die Elektroden verfügen über jeweils einen An schluss. Beide Anschlüsse sind über jeweils eine Lagerstelle nach außen geführt. An den beiden Elektroden wird für die Mes sung eine Spannung angelegt, die Ladungen in die Elektroden ein prägt. Wenn sich das Sensorelement mit den eingeprägten Ladungen in einem elektrischen Feld befindet, wirkt durch das Feld eine Kraft auf die Ladungen. Durch das jeweils unterschiedliche Vor zeichen der Ladung in den Elektroden wirkt die Kraft für jede Elektrode in eine entgegengesetzte Richtung parallel zum Feld. Diese Kräfte bewirken nun eine Drehung des Sensorplättchens, welche proportional zur elektrischen Feldstärke ist. Diese Dre hung wird in weiterer Folge optisch ausgelesen und daraus auf die Feldstärke rückgeschlossen. Selbst dieser Sensor weist je doch eine eher geringe Messgenauigkeit auf. Weiters kann es zu Verzerrungen des zu messenden Feldes kommen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Sen sor zur Messung der Feldstärke eines elektrischen Feldes vorzu schlagen, welcher die Nachteile des Standes der Technik vermei det oder zumindest reduziert. Die Erfindung setzt sich insbeson dere zum Ziel, eine höhere Messgenauigkeit zu erreichen und eine Verzerrung des zu messenden Feldes zu minimieren.

Dies Aufgabe wird durch einen Sensor mit den Merkmalen aus An spruch 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 17 ge löst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen An sprüchen angegeben.

Der erfindungsgemäße Sensor umfasst daher zumindest ein Gegen element mit zumindest einem elektrisch leitfähigen Kopplungsbe reich, welcher zur kapazitiven Kopplung mit einem Kopplungsab schnitt des elektrischen Leiters am Sensorelement mit einer Spannungsquelle, insbesondere einer Wechselstrom-Spannungsquel le, verbunden ist, wobei sich der elektrisch leitfähige Kopp lungsbereich am Gegenelement im Ruhezustand des Sensorelements benachbart des Kopplungsabschnitts des elektrischen Leiters am Sensorelement erstreckt.

Zum Messen der elektrischen Feldstärke kann die Auslenkung des Sensorelements erfasst werden. Diese Auslenkung resultiert aus der Kraft auf die Ladungsträger des elektrischen Leiters im äu ßeren elektrischen Feld. Die resultierende Kraft kann nach der Formel

F = Q x E berechnet werden, wobei F die Kraft, Q die Ladung und E die elektrische Feldstärke ist, welche auf die Ladung Q wirkt. Somit ist die Kraft proportional zur Ladung und zur Feldstärke. Je nach Ausführungsform des Sensors ruft diese Kraft eine entspre chende Auslenkung des Sensorelements hervor, beispielsweise eine Verdrehung des Sensorelements um seine Längsachse, eine Auf wärts- oder Abwärtsverbiegung, eine Durchbiegung oder eine transversale Verschiebung des Sensorelements. Das Sensorelement ist vorzugsweise elastisch am Basiselement gelagert, so dass eine Rückstellkraft auf das Sensorelement wirkt, welche im We sentlichen proportional zur Auslenkung des Sensorelements aus der Ruheposition ist. Die Ruheposition bezieht sich dabei auf die Stellung des Sensorelements in Abwesenheit des äußeren elek trischen Feldes, d.h. im unbelasteten Zustand. Für die Messung der Feldstärke ist insbesondere das Drehmoment entscheidend, welches auf das Sensorelement oder seine Verbindungen mit dem Basiselement wirkt.

Erfindungsgemäß ist eine kapazitive Kopplung zwischen dem Kopp lungsabschnitt am Sensorelement und dem Kopplungsbereich am Ge genelement vorgesehen. Zu diesem Zweck verläuft der Kopplungsbe reich am Gegenelement benachbart, d.h. in unmittelbarer Nähe des Kopplungsabschnitts am Sensorelement. Der Vorteil der kapaziti ven Kopplung des Kopplungsabschnitts des Sensorelements mit dem benachbarten Kopplungsbereich des Gegenelements liegt darin, dass aufgrund der dadurch entstehenden Kapazität C die einge prägte Ladung im Kopplungsabschnitt am Sensorelement gemäß der Formel

Q = C x U, erhöht wird, wobei Q die Ladung, C die Kapazität und U die ange legte Spannung ist. Somit wird eine stärkere Kraft auf das Sen- sorelement ausgeübt, wodurch das Ausmaß der Auslenkung des Sen sorelements erhöht wird. Vorteilhafterweise kann so die Messge nauigkeit bei der Messung des elektrischen Feldes verbessert werden.

Die Spannungsquelle, welche insbesondere eine Wechselstrom-Span nungsquelle ist, ermöglicht es dabei, die eingeprägte Ladungs menge an die zu messende Feldstärke anzupassen, was eine Vergrö ßerung des Messbereiches zulässt. Die Verwendung einer Wechsel strom-Spannungsquelle ermöglicht eine resonante Messung des elektrischen Feldes, wodurch die Messung eines statischen elek trischen Feldes mit besonders hoher Genauigkeit ermöglicht wird.

Das Sensorelement ist beweglich an dem Basiselement gelagert.

Als Basiselement ist bevorzugt ein Plättchen vorgesehen. Das Ge genelement kann unbeweglich oder beweglich bezüglich des Ba siselements angeordnet sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Kopp lungsbereich am Gegenelement im Wesentlichen parallel zum Kopp lungsabschnitt des elektrischen Leiters am Sensorelement. Da durch wird die kapazitive Kopplung verstärkt. Bevorzugt beträgt der Normalabstand zwischen dem Kopplungsbereich am Gegenelement und dem Kopplungsabschnitt am Sensorelement (bezogen auf die einander zugewandten Längsränder von Kopplungsbereich bzw. -ab- schnitt) weniger als 10 gm, besonders bevorzugt weniger als 1 gm.

Um den elektrischen Leiter am Sensorelement zumindest entlang des Kopplungsabschnitts in die Nähe des Kopplungsbereichs am Ge genelement führen zu können, ist es besonders bevorzugt, wenn der Kopplungsabschnitt am Sensorelement und der Kopplungsbereich am Gegenelement an einander zugewandten Rändern des Sensor- bzw. Gegenelements verlaufen. Somit ist zwischen den einander zuge wandten Rändern des Sensor- bzw. Gegenelements ein Spalt ausge bildet, welcher bevorzugt eine Spaltbreite von weniger als 10 gm, insbesondere weniger als 1 gm (Mikrometer) aufweist. Dadurch kann die Kapazität besonders stark erhöht werden. Somit ist der kleinstmögliche Abstand zwischen dem Kopplungsbereich am Gegen element und dem Kopplungsabschnitt am Sensorelement durch die Spaltbreite festgelegt. Durch die Nähe von Kopplungsbereich und Kopplungsabschnitt ist es möglich, die leitfähigen Flächen zu verringern, ohne eine starke Minderung der Kapazität in Kauf nehmen zu müssen. Vorzugsweise wird der Teil der leitfähigen Fläche reduziert, der den größten Abstand zum Spalt aufweist und den kleinsten Einfluss auf die Kapazität hat. Eine Verringerung der Ausmaße der leitfähigen Materialien im Messvolumen führt zu einer geringeren Feldverzerrung und dadurch zu einer erhöhten Genauigkeit der Messung.

Gemäß einem besonderen Merkmal bilden der Kopplungsbereich am Gegenelement und der Kopplungsabschnitt am Sensorelement eine Interdigitalstruktur aus. Diese Interdigitalstruktur zeichnet sich dadurch aus, dass der Kopplungsbereich am Gegenelement und der Kopplungsabschnitt am Sensorelement ineinandergreifende Fin ger aufweist. Dadurch vergrößert sich die effektive Länge der Kopplungsstrecke, entlang welcher der Kopplungsbereich am Gegen element benachbart des Kopplungsabschnitts am Sensorelement ver läuft. Vorteilhafterweise kann so die Kapazität aufgrund der ka pazitiven Kopplung weiter erhöht werden, ohne dabei die mechani schen Eigenschaften des Sensorelements, wie beispielsweise die Resonanzfrequenz, wesentlich zu verändern.

In einer Ausführungsform des Sensors ist das Gegenelement in der Ruheposition des Sensorelements im Wesentlichen in derselben Ebene wie das Sensorelement angeordnet. Der Vorteil dieser An ordnung ist, dass die Herstellung des Sensors, beispielsweise als „ Micro-Electro-Mechanical System" (kurz MEMS), sehr einfach ist, da sie in wenigen Schritten aus einem Grundelement herge stellt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Abstand zwischen dem Kopplungsbereich am Gegenelement und dem Kopplungs abschnitt am Sensorelement kleiner als die größtmögliche Auslen kung des Sensorelements in der Messposition sein kann.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Gegenelement in der Ruheposition des Sensorelements im Wesentlichen parallel und in einem Normalabstand zu dem Sensorelement angeordnet. Dies ermög licht eine Anordnung, in der sich das Sensorelement im Wesentli chen über dem Gegenelement befindet. Durch die bessere Überde ckung von Kopplungsbereich am Gegenelement und Kopplungsab- schnitt am Sensorelement kann eine hohe Kapazität erzielt wer den.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Sensorelement an zwei gegenüberliegenden Enden mit dem Basiselement verbunden. Vor zugsweise sind die Verbindungen zwischen dem Sensorelement und dem Basiselement federnd ausgebildet, so dass die Auslenkung des Sensorelements zu einer entsprechenden Rückstellkraft führt.

Eine Verbindung des Sensorelements an zwei gegenüberliegenden Enden hat den Vorteil, dass der Sensor weniger empfindlich ge genüber mechanischen Einwirkungen, wie beispielsweise eine Bewe gung, insbesondere Beschleunigung, ist. Somit ist eine genauere Messung bei mobilem Einsatz des Sensors möglich.

In einer weiteren Ausführungsform ist das eine Ende des Sensor elements mit dem Basiselement verbunden, wobei das andere Ende des Sensorelements frei auskragt. Bei dieser Ausführungsform ist das Sensorelement als Kragteil ausgebildet. Durch die Verbindung des Sensorelements an nur einer Seite mit dem Basiselement ist es möglich, das freistehende Ende in unterschiedlichen Formen auszuführen. Dadurch können die mechanischen Eigenschaften des Sensors an unterschiedliche Eigenschaften des zu messenden elek trischen Feldes, beispielsweise hinsichtlich eines elektrischen Gleichfeldes oder eines niederfrequenten Wechselfeldes, oder an unterschiedliche Einsatzbedingungen, beispielsweise für eine mo bile Anwendung, angepasst werden.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Sensorelement eine T-, U- oder balkenförmige Grundform auf, wobei an der T-, U- oder balkenförmigen Grundform eine Interdigitalstruktur ausge bildet sein kann. Die T-förmige Grundstruktur ermöglicht es, die Spaltlänge zwischen der Kopplungsstrecke und somit die Kapazität zu erhöhen, ohne die mechanischen Eigenschaften des Sensors, insbesondere die Resonanzfrequenz, zu verändern. Auch die U-för mige Ausführungsform hat zum Ziel, die Kapazität durch die Ver längerung der Kopplungsstrecke zu erhöhen. Die Balkenstruktur ist konstruktiv besonders einfach, wodurch die Fertigung des Sensors erleichtert wird. Um die Kapazität bei diesen Ausfüh rungsformen zu erhöhen, ist es vorteilhaft, wenn das Sensorele ment und das Gegenelement eine Interdigitalstruktur aufweisen. Hinsichtlich einer besonders einfachen, stabilen und kostengüns tigen Ausführung kann das Gegenelement einteilig mit dem Ba siselement ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform bildet das Gegenelement daher einen Abschnitt des Basiselements.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Gegenelement beweglich am Basiselement gelagert. Dadurch kann die mechanisch unabhängi ge Auslenkung von Gegen- und Sensorelement für die Ermittlung der elektrischen Feldstärke herangezogen werden. Vorteilhafter weise kann so eine höhere Genauigkeit der Messung erzielt wer den. Weiters kann eine Fehlererkennung durchgeführt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Sensorelement zwei elektrische Leiter und das Gegenelement zwei elektrisch leitfähige Kopplungsbereiche auf, wobei sich die Kopplungsberei che am Gegenelement benachbart der Kopplungsabschnitte der elek trischen Leiter am Sensorelement erstrecken. Durch diese Ausfüh rungsform entstehen zwei Kapazitäten, die beispielsweise an ge genüberliegenden Seiten des Sensorelements angeordnet sein kön nen. Dadurch ist es möglich, die beiden Kopplungsabschnitte, in denen jeweils eine Ladung eingeprägt ist, am Sensorelement ört lich voneinander zu trennen und dennoch einen großen Kapazitäts wert beizubehalten. Außerdem können die Flächen von Kopplungsab schnitt und Kopplungsbereich reduziert werden, wodurch die Ver zerrung des zu messenden elektrischen Feldes minimiert wird.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der elektri sche Leiter am Sensorelement mit einer weiteren Spannungsquelle, insbesondere einer Wechselstrom-Spannungsquelle, verbunden. Bei dieser Ausführungsform wird die Ladung durch die weitere Span nungsquelle in den Kopplungsabschnitt des Sensorelements einge prägt. Vorzugsweise ist das so am Kopplungsabschnitt angelegte Potenzial unterschiedlich zu jenem des benachbarten Kopplungsbe reiches des Gegenelements. Durch die entstehende Potenzialdiffe renz zwischen dem Kopplungsabschnitt am Sensorelement und dem Kopplungsbereich am Gegenelement in Kombination mit der kapazi tiven Kopplung weist der Kopplungsabschnitt des Sensorelements eine größere Ladung auf, was die Messgenauigkeit des Sensors er höht. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Sensor element zwei elektrische Leiter auf, welche mit weiteren Span nungsquellen unterschiedlichen Vorzeichens verbunden sind. Diese Ausführungsform weist eine kapazitive Kopplung der beiden elek trischen Leiter auf dem Sensorelement auf, was eine Erhöhung der eingeprägten Ladung zur Folge hat. Vorzugsweise ist diese Aus führungsform damit verbunden, dass das Sensorelement an zwei ge genüberliegenden Seiten mit dem Basiselement verbunden ist, und sich die beiden Kopplungsabschnitte am Sensorelement auf gegen überliegenden Längsseiten (bezogen auf die Verbindungslinie zwi schen den beiden Verbindungen des Sensorelements mit dem Ba siselement) befinden. Durch die Verbindung der elektrischen Lei ter mit Spannungsquellen unterschiedlichen Vorzeichens sind in den Kopplungsabschnitten Ladungen unterschiedlichen Vorzeichens eingeprägt. Wenn sich das Sensorelement in einem elektrischen Feld befindet, wirken auf die unterschiedlichen Ladungen unter schiedliche Kräfte und es kommt zu einer rotatorischen Auslen kung des Sensorelements um die Verbindungslinie. Ein Vorteil ei ner solchen Rotation proportional zur elektrischen Feldstärke liegt darin, dass bei einer überlagerten Auslenkung durch eine translatorische Bewegung, insbesondere Beschleunigung, des ge samten Sensorelements, dieser Anteil leichter von dem zur Felds tärke proportionalen Anteil getrennt werden kann. Vorzugsweise sind bei dieser Ausführung die Kopplungsbereiche am Gegenelement derart mit der Spannungsquelle verbunden, dass jeweils benach barte Kopplungsbereiche am Gegenelement und Kopplungsabschnitte am Sensorelement unterschiedliche Potenziale aufweisen. Auch hier führt die so gebildete Potenzialdifferenz in Kombination mit der erfindungsgemäßen kapazitiven Kopplung zu erhöhten La dungsdichten in den Kopplungsabschnitten des Sensorelements.

In einer weiteren Ausführungsform ist die weitere Spannungsquel le dazu eingerichtet, eine Ladung im elektrischen Leiter des Sensorelements durch Influenz einzuprägen. Bei dieser Ausfüh rungsform sind bevorzugt zwei Kopplungsbereiche am Gegenelement vorgesehen, in die mit der verbundenen Spannungsquelle unter schiedliche Potenziale eingeprägt sind. Bevorzugt sind zwei Kopplungsabschnitte am Sensorelement vorgesehen, welche vorzugs weise die gleiche Form und die gleichen Längen wie die elek- trisch leitfähigen Kopplungsbereiche des Gegenelements aufweisen und elektrisch miteinander verbunden sind. Die Kopplungsab schnitte des Sensorelements befinden sich im elektrischen Feld der Kopplungsbereiche des Gegenelements, wodurch, aufgrund der kapazitiven Kopplung eine Ladungsträgerverschiebung hervorgeru fen wird. Auf diese Weise wird in den einen Kopplungsabschnitt eine positive Ladung und in den anderen Kopplungsabschnitt eine negative Ladung eingeprägt. Bei dieser Ausführungsform ist es nicht nötig, elektrische Leiter über die Verbindungsstellen des Sensorelements mit dem Basiselement nach außen zu führen, so dass die Verbindungselemente besonders dünn ausgeführt werden können. Dadurch kann eine geringere Rückstellkraft der federnden Lagerung erzielt werden, wodurch eine größere Auslenkung bei gleicher Feldstärke herbeigeführt werden kann.

Bei einer Ausführungsform ist eine Vakuumeinheit zur Anordnung des Sensorelements und des Gegenelements in einem Vakuum vorge sehen. Um die Messgenauigkeit für geringe Feldstärken zu erhö hen, ist es vorteilhaft, hohe Spannungen am Kopplungsabschnitt des Sensorelements und am Kopplungsbereich des Gegenelements an zubringen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Breite des Spaltes zwischen Sensorelement und Gegenelement zu verrin gern. Durch diese Maßnahmen wird jedoch die Gefahr eines Durch schlages zwischen den benachbarten und mit verschiedenen Poten zialen versehenen Bereichen erhöht. Die Ausführungsform mit Va kuumeinheit minimiert in beiden Fällen das Risiko eines Durch schlages und erlaubt somit Messungen mit höherer Genauigkeit.

Vorzugsweise weist der Sensor eine Auswerteeinheit zur Erfassung der Auslenkung des Sensorelements in der Messposition auf, wobei die Auswerteeinheit bevorzugt zur optischen, piezoelektrischen, piezoresistiven, resistiven oder kapazitiven Erfassung der Aus lenkung des Sensorelements eingerichtet ist. Mit einer optischen Auswerteeinheit ist es möglich, auch kleinste Bewegungen noch sehr genau zu erfassen. Besonders bevorzugt werden dabei inter- ferometrische Messmethoden verwendet. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Auslenkung des Sensorelements aus der Kapazi tät zwischen dem Sensorelement und dem Gegenelement zu ermit teln. Durch die Abhängigkeit der Kapazität von der relativen Lage des Sensorelements zum Gegenelement, und damit von der Aus- lenkung, kann durch die Erfassung der Kapazität auf die zu mes sende Feldstärke geschlossen werden. Zur Integration einer Aus werteeinheit in den Sensor können weiters piezoresistive oder piezoelektrische Materialien an Stellen des Sensors vorgesehen sein, welche in der Messposition eine Verformung aufweisen. Durch die Messung der Spannung aufgrund der Verformung des pie zoelektrischen Materials oder durch die Widerstandsänderung am piezoresistiven Material kann auf die Auslenkung und somit auf die zu messende elektrische Feldstärke geschlossen werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch weiter er läutert .

Fig. la bis lc zeigen eine erste Ausführungsform eines erfin dungsgemäßen Sensors, bei welcher eine kapazitive Kopplung zwi schen einem beweglichen Sensorelement und einem statischen Ge genelement vorgesehen ist.

Fig. Id zeigt eine weitere Ausführungsform des Sensors, bei wel cher die Ladung im Sensorelement durch Influenz eingeprägt wird.

Fig. le zeigt eine Variante des Sensors der Fig. la bis lc mit einer Interdigitalstruktur.

Fig. lf und Fig. lg zeigen eine weitere Ausführungsform des Sen sors, bei welcher das Sensorelement im äußeren elektrischen Feld seitlich (transversal) verschoben wird.

Fig. 2a zeigt eine weitere Ausführungsform des Sensors, bei wel cher ein balkenförmiges Sensorelement vorgesehen ist.

Fig. 2b zeigt eine Variante des Sensors nach Fig. 2a mit einer InterdigitalStruktur .

Fig. 3a zeigt eine weitere Ausführungsform des Sensors mit einem balkenförmigen Sensorelement und nur einem Kopplungsabschnitt.

Fig. 3b zeigt den Sensor nach Fig. 3a in einer Variante mit In- terdigitalStruktur .

Fig. 4a bis 4c zeigen verschiedene Ausführungsformen des Sensors mit einem U-förmigen Sensorelement, welches einseitig mit dem Basiselement verbunden ist.

Fig. 5a und 5b zeigen die Sensoren der Fig. 4a bzw. Fig. 4c in einer Variante mit Interdigitalstruktur.

Fig. 6a zeigt eine Ausführungsform des Sensors mit einem balken förmigen Sensorelement, welches einen Kopplungsabschnitt auf weist und einseitig mit dem Sensorelement verbunden ist.

Fig. 6b zeigt den Sensor nach Fig. 6a in einer Variante mit In terdigitalstruktur .

Fig. 7a zeigt eine Ausführungsform des Sensors mit einem balken förmigen Sensorelement und einem beweglich am Basiselement gela gerten, balkenförmigen Gegenelement.

Fig. 7b zeigt den Sensor der Fig. 7a in einer Variante mit In terdigitalstruktur .

Fig. 8a zeigt eine Ausführungsform des Sensors mit einem T-för- migen Sensorelement, welches einseitig mit dem Basiselement ver bunden ist.

Fig. 8b zeigt den Sensor der Fig. 8A in einer Variante mit In terdigitalstruktur .

Fig. 9a und 9b zeigen zwei Ausführungsvarianten einer Auswer teeinheit für die Erfassung der Auslenkung des Sensorelements.

Figur la zeigt eine Ausführungsform eines Sensors 1 zur Messung eines äußeren elektrischen Feldes, insbesondere eines elektri schen Gleichfeldes. Der Sensor 1 weist in der gezeigten Variante ein Basiselement 2, ein Sensorelement 3 und zwei Gegenelemente 4 beidseits des Sensorelements 3 auf. Am Sensorelement 3 sind zwei elektrische Leiter 5 aufgebracht, die jeweils einen Kopplungsab schnitt 6 ausbilden. Die Gegenelemente 4 weisen elektrisch leit- fähige Kopplungsbereiche 7 auf, die zur kapazitiven Kopplung mit den Kopplungsabschnitten 6 des Sensorelements 3 eingerichtet sind. Der Kopplungsbereich 7 am Gegenelement 4 und der Kopp lungsabschnitt 6 am Sensorelement 3 verlaufen benachbart und durch einen Spalt 8 voneinander getrennt. Das Sensorelement 3 ist mit dem Basiselement 2 über elastische Verbindungen 9 ver bunden. In der gezeigten Ausführung ergibt sich die elastische Lagerung daraus, dass das Sensorelement 3 dünner, insbesondere um ein Mehrfaches dünner, als das Basiselement 2 ist. Die Kopp lungsbereiche 7 sind über Verbindungsleitungen mit einer Span nungsquelle 10a verbunden. In der dargestellten Ausführungsform sind die Kopplungsabschnitte 6 über weitere Verbindungsleitungen mit einer weiteren Spannungsquelle 10b verbunden. Je nach Aus führung kann die Spannungsquelle 10a ident zur weiteren Span nungsquelle 10b sein. Beispielsweise können im Betrieb an einen der Kopplungsbereiche 7 der positive Ausgang der Spannungsquelle 10a und an den anderen Kopplungsbereich 7 der negative Ausgang der Spannungsquelle 10b angeschlossen sein. Die Kopplungsab schnitte 6 des Sensorelements 3 sind dabei mit derselben Span nungsquelle 10a so verbunden, dass jeweils ein benachbarter Kopplungsbereich 7 und Kopplungsabschnitt 6 auf unterschiedli chem Potenzial liegen. Durch die kapazitive Kopplung der neben einander verlaufenden Kopplungsbereiche 7 und Kopplungsabschnit te 6 und die angelegte Spannung der Spannungsquelle 10a entsteht eine Ladung in den Kopplungsabschnitten 6 gemäß der Formel

Q = C x U.

Durch die elastischen Verbindungen 9 kann sich das Sensorelement 3 um eine Verbindungsachse 11 zwischen den Verbindungsstellen 12 verdrehen. Befindet sich der Sensor 1 nun in einem zu messenden elektrischen Feld 13, wirken auf die in den Kopplungsabschnitten 6 eingeprägten Ladungsträger die Kräfte 16a und 16b. Da in den beiden Kopplungsabschnitten 6 Ladungen unterschiedlichen Vorzei chens eingeprägt sind, wirkt die Kraft 16a auf den einen Kopp lungsabschnitt 6 in Richtung des elektrischen Feldes 13, die Kraft 16b auf den anderen Kopplungsabschnitt 6 dem elektrischen Feld 13 entgegen. Durch die Kräfte 16a und 16b und den Abstand d (Fig. lb) zum Ladungsträgerkonzentrationsschwerpunkt 14 wirkt ein Moment auf das Sensorelement 3. Aufgrund der Anordnung des Kopplungsbereichs 7 seitlich außerhalb des Kopplungsabschnittes 6 befindet sich der Ladungsträgerschwerpunkt 14 im äußeren Rand bereich des Kopplungsabschnitts 6 auf Seite des benachbarten Kopplungsbereichs 7 des Gegenelements 4, wodurch der Abstand d (vgl. Fig. lb) und somit das Moment maximal sind. Aufgrund der kapazitiven Kopplung zwischen dem Kopplungsbereich 7 am Gegen element 4 und dem Kopplungsabschnitt 6 am Sensorelement 3 kann auf eine kapazitive Kopplung der beiden Kopplungsabschnitte 6 am Sensorelement 3 verzichtet werden. Somit können die Kopplungsab schnitte 6 nur an den Rändern des Sensorelements 3, hin zu den Spalten 8, ausgebildet sein, wobei der zentrale Bereich 15 des Sensorelements 3 frei elektrisch leitfähigem Material ist. Durch diese Reduktion der leitfähigen Materialien im Bereich des zu messenden elektrischen Feldes 13 wird eine Verzerrung des elek trischen Feldes vermindert.

Fig. lb zeigt den Sensor 2 aus Figur la in einer Draufsicht. Zur Erklärung der Bezugszeichen sei auf die Ausführungen zu Fig. la verwiesen.

Fig. lc zeigt einen Schnitt durch den Sensor 1 entlang der Schnittlinie A-A (siehe Fig. lb). Hier sind die Kräfte 16a und 16b veranschaulicht, die in einem elektrischen Feld 13 auf das Sensorelement 3 wirken. Durch Ladungen unterschiedlichen Vorzei chens in den Kopplungsabschnitten 6 wirken die Kräfte 16a und 16b in entgegengesetzte Richtungen, parallel zum elektrischen Feld 13. Die Kräfte 16a und 16b bewegen das Sensorelement 3 von der mit durchgezogenen Linien veranschaulichten Ruheposition in die mit strichlierten Linien angedeutete Messposition. Die Mess position hängt damit von der Stärke des elektrischen Feldes 13 und der Rückstellkraft der elastischen Verbindung 9 ab.

Figur ld zeigt einen erfindungsgemäßen Sensor 1 in einer weite ren Ausführungsform, wobei das Sensorelement 3 in einem Norma labstand a in einer Ebene über dem Gegenelement 4 angeordnet ist. Die Kopplungsbereiche 7a und 7b sind jeweils mit der Span nungsquelle 10 verbunden, wobei jeder der beiden Kopplungsberei che 7a, 7b mit einem anderen Ausgang der Spannungsquelle 10a verbunden ist. Dadurch stellt sich zwischen den beiden Kopp lungsbereichen 7a und 7b eine Potenzialdifferenz ein. Auf dem Sensorelement 3 sind, deckungsgleich mit den beiden Kopplungsbe reichen 7a, 7b am Gegenelement 4, Kopplungsabschnitte 6a, 6b an geordnet, welche miteinander elektrisch verbunden sind. Die bei den Kopplungsabschnitte 6 sind mit den beiden Kopplungsbereichen 7a, 7b kapazitiv gekoppelt. Das elektrische Koppelfeld, das zwi schen den Kopplungsbereichen 7a, 7b durch die Potenzialdifferenz gebildet ist, ruft in den, im Koppelfeld befindlichen, Koppelab schnitten 6a, 6b eine Ladungsträgerverschiebung hervor, so dass in den beiden Koppelabschnitten 6a, 6b gegenpolige Ladungen ent stehen (Influenz). Die Größe der influenzierten Ladung hängt da bei von der an den Kopplungsbereichen 7a, 7b angelegten Spannung und der durch die kapazitive Kopplung gebildeten Kapazität ab. Die Entstehung einer Auslenkung ist dabei äquivalent zum Sensor 1 aus Fig. la bis lc, so dass auf die Ausführungen oben verwie sen werden kann. Auch bei anderen Sensorgeometrien, insbesondere gemäß Fig. lc, können die Ladungsträger am Sensorelement 3 durch Influenz eingeprägt werden.

Fig. le zeigt eine Variante des Sensors 1 gemäß den Fig. la bis lc. Bei dieser Ausführungsvariante bilden der Kopplungsbereich 7 und der Kopplungsabschnitt 6 eine Interdigitalstruktur aus. Dazu sind am Sensorelement 3 und am Gegenelement 4 jeweils mehrere Finger 17 vorgesehen, welche ineinandergreifen. Durch die Aus bildung dieser Interdigitalstruktur kann die Länge des Spalts 8, der den Kopplungsabschnitt 6 und den Kopplungsbereich 7 vonein ander trennt, verlängert werden, ohne die mechanischen Eigen schaften des Sensorelements 3 nennenswert zu beeinflussen. Durch die Verlängerung des Spalts 8 kann die Koppelkapazität, die zwi schen dem Kopplungsabschnitt 6 und dem Kopplungsbereich 7 ausge bildet ist, vergrößert und damit die Messgenauigkeit erhöht wer den.

Fig. lf zeigt eine weitere Ausführungsform des Sensors 1, bei welcher das Sensorelement 3 in einem Normalabstand über dem Ge genelement 4 angebracht ist. Das Sensorelement 3 befindet sich dabei in derselben Ebene wie das Basiselement 2 und ist mit die sem über elastische Verbindungen 9 verbunden. In dieser Ausfüh rungsform sind das Sensorelement 3, das Basiselement 2 und die elastischen Verbindungen 9 aus leitfähigem Material hergestellt und elektrisch verbunden. Das Gegenelement 4 ist ebenso aus ei- nem leitfähigen Material hergestellt und ist durch einen Isola tor 27 mit dem Basiselement 2 verbunden, von diesem jedoch elek trisch isoliert. Die Spaltbreite des Spalts 8 (siehe Fig. lg) ist dabei über die Dicke des Isolators 27 festgelegt. Der Sensor 1 ist bei dieser Ausführungsform dafür vorgesehen, so in dem elektrischen Feld 13 positioniert zu werden, dass die Feldlinien parallel zum Sensorelement 3 und quer zu den elastischen Verbin dungen 9 verlaufen. Das Gegenelement 4 ist mit einer Spannungs quelle 10a verbunden (hier nicht dargestellt), das Sensorelement 3 mit einer weiteren Spannungsquelle 10b (ebenfalls hier nicht dargestellt). Beispielsweise können das Gegenelement 4 und das Sensorelement 3 auch mit unterschiedlichen Polen derselben Span nungsquelle 10a verbunden sein. Durch die Spannungsquelle 10a wird in das Sensorelement 3 nun eine Ladung eingeprägt. Durch die kapazitive Kopplung mit dem Gegenelement 4 wird diese Ladung erhöht. Wenn sich der Sensor 1 nun in einem elektrischen Feld 13 befindet, wird eine Kraft 16a auf die Ladung im Sensorelement 3 ausgeübt, welche eine Auslenkung, in diesem Fall eine transver sale Verschiebung, des Sensorelements 3 parallel zum elektri schen Feld 13 hervorruft. Durch die Messung dieser Auslenkung kann auf die Stärke des elektrischen Feldes 13 geschlossen wer den.

Fig. lg zeigt den Sensor 1 aus Figur lf in einem Querschnitt entlang der Linie A-A.

Fig. 2a zeigt eine weitere Ausführungsform des Sensors 1, bei welcher das Sensorelement 3 als Balken ausgeführt ist. Auf dem Gegenelement 4 sind zwei Kopplungsbereiche 7 und auf dem Sensor element 3 zwei Kopplungsabschnitte 6 vorgesehen. Die elektrische Beschaltung kann wie bei der Ausführungsform der Fig. la bis lb sein.

Fig. 2b zeigt eine Variante des Sensors der Fig. 2a, bei welcher die Kopplungsabschnitte 6 am Sensorelement 3 und die Kopplungs bereiche 7 am Gegenelement 4 eine Interdigitalstruktur ausbil den. Diese Interdigitalstruktur erhöht einerseits die Kapazität des Sensors zwischen Kopplungsabschnitt 6 und Kopplungsbereich 7, andererseits wird der Ladungsträgerschwerpunkt weiter nach außen (weg von der strichliert eingezeichneten Verbindungsachse) verschoben und so das auf das Sensorelement 3 wirkende Moment erhöht wird. Gleichzeitig bleibt die einfache Herstellung und die geringe Anfälligkeit auf externe Einflüsse weitestgehend er halten.

Fig. 3a zeigt einen Sensor 1 mit einem Sensorelement 3, das an zwei gegenüberliegenden Seiten mit dem Basiselement 2 verbunden ist, jedoch nur einen Kopplungsabschnitt 6 aufweist. Am Gegen element 4 sind zwei Kopplungsbereiche 7 ausgebildet, die mitein ander elektrisch verbunden sind. Die Kopplungsbereiche 7 sind mit einer Spannungsquelle 10a verbunden. Bei dieser Ausführungs form ist der Kopplungsabschnitt 6 am Sensorelement 3 mit einer weiteren Spannungsquelle 10b anderen Potenzials oder auch mit einem anderen Ausgang der Spannungsquelle 10a verbunden. Die ka pazitive Kopplung tritt hier zwischen dem Kopplungsabschnitt 6 am Sensorelement 3 und den beiden Kopplungsbereichen 7 am Gegen element 4 auf. Wenn sich der Sensor 1 in einem elektrischen Feld 13 befindet, wirkt auf die im Kopplungsabschnitt 6 eingeprägte Ladung eine Kraft 16, die zu einer Ausbeulung des zentralen Be reiches 15 des Sensorelementes 3 führt. Der Vorteil dieser Aus führungsform liegt wieder in der einfachen Herstellbarkeit und der Robustheit gegenüber externen mechanischen Einflüssen. Da hier eine transversale Bewegung die maßgebende Größe ist, wirkt sich ein externer Einfluss in Form einer Rotation auf das Mess ergebnis nicht wesentlich aus.

Fig. 3b zeigt im Wesentlichen denselben Sensor 1 wie Fig. 3a, jedoch bilden hier die Kopplungsbereiche 7 am Gegenelement 4 und die Kopplungsabschnitt 6 am Sensorelement 3 eine Interdigital struktur aus, die die Kapazität des Sensors und somit die Mess genauigkeit erhöht.

Fig. 4a zeigt einen Sensor 1 mit einem frei auskragenden Sensor element 3, das einseitig über zwei Verbindungsstellen 12 mit dem Basiselement 2 verbunden ist. Das Sensorelement 3 ist im Wesent lichen U-förmig. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich der Kopplungsabschnitt 6 im Wesentlichen über den gesamten U-förmi gen Außenumfang des Sensorelements 3. Zur kapazitiven Kopplung erstreckt sich der Kopplungsbereich 7 am Gegenelement 4 parallel zum Kopplungsabschnitt 6 am Sensorelement 3. Der Kopplungsbe- reich 7 ist mit der Spannungsquelle 10a verbunden. Bei dieser Ausführungsform ist der Kopplungsabschnitt 6 am Sensorelement 3 mit der weiteren Spannungsquelle 10b anderen Potenzials oder auch mit einem weiteren Ausgang der Spannungsquelle 10a verbun den. Durch die Potenzialdifferenz wird in den Kopplungsabschnitt 6 des Sensorelements 3 eine Ladung eingeprägt. Befindet sich das Sensorelement 3 in einem elektrischen Feld 13, wirkt auf die La dungsträger eine Kraft 16, die eine Aufwärts- bzw. Abwärtsbie gung des Sensorelements 3 hervorruft.

Fig. 4b zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Sensors 1. Hier befindet sich das Gegenelement 4 im Inneren 18 des Sensor elements 3. Auf das Gegenelement 4 ist der Kopplungsbereich 7 zur kapazitiven Kopplung mit dem Kopplungsabschnitt 6 des Senso relements 3 aufgebracht. Die elektrische Beschaltung und Auslen kung des Sensorelements 3 entspricht der Ausführungsform der Fig. 4a. Der Vorteil der Ausführungsform der Fig. 4b liegt ins besondere darin, dass die Fläche des elektrisch leitfähigen Kopplungsbereichs 7 vergleichsweise klein ist und dadurch eine geringere Feldverzerrung als bei der Ausführungsform nach Fig.

4a auftritt.

Fig. 4c zeigt eine Ausführungsvariante, bei welcher sowohl in nerhalb des Sensorelements 3 (wie bei Fig. 4b) als auch außer halb des Sensorelements 3 (wie bei Fig. 4a) jeweils ein Gegen element 4 ausgebildet ist. Beide Gegenelemente 4 weisen jeweils einen Kopplungsbereich auf. Die beiden Kopplungsbereiche 7a, 7b sind mit demselben Potenzial der Spannungsquelle 10a verbunden. Diese Ausführungsform erhöht die Kapazität des Sensors, was eine genauere Messung ermöglicht.

Die Figuren 5a und 5b zeigen Fig. 4a bzw. Fig. 4c entsprechende Ausführungsformen, wobei hier der Kopplungsabschnitt 6 am Senso relement 3 und der Kopplungsbereich 7 am Gegenelement 4 eine In terdigitalstruktur ausbilden. Dabei sind am Sensorelement 3 Fin ger 17 ausgebildet, die sich zwischen entsprechend gestalteten Fingern 17 am Gegenelement 4 erstrecken. Der Kopplungsbereich 7 und der Kopplungsabschnitt 6 sind auf die jeweiligen Finger 17 erweitert. Durch den so länger ausgeführten Spalt 8 wird die Ka pazität der Anordnung und somit die Messgenauigkeit erhöht. Fig. 6a zeigt einen Sensor 1, der ein balkenförmiges Sensorele ment 3 aufweist, das nur an einer Seite an einer Verbindungs stelle 12 mit dem Basiselement 2 verbunden ist, wobei das andere Ende des Sensorelements 3 frei auskragt. Am Sensorelement 3 ist der elektrisch leitende Kopplungsabschnitt 6 aufgebracht. Das Sensorelement 3 wird vom Gegenelement 4 umgeben, auf dem der Kopplungsbereich 7 aufgebracht ist, welcher bei dieser Ausfüh rung in Draufsicht U-förmig ist. Der Kopplungsbereich 7 ist mit der Spannungsquelle 10a verbunden. Bei dieser Ausführungsform wird der Kopplungsabschnitt 6 des Sensorelements 3 mit der wei teren Spannungsquelle 10b verbunden, so dass Kopplungsabschnitt 6 und Kopplungsbereich 7 auf unterschiedlichen Potenzialen lie gen. Alternativ kann der Kopplungsabschnitt auch an einen weite ren Ausgang anderen Potenzials der Spannungsquelle 10a ange schlossen sein. Dadurch wird im Kopplungsabschnitt 6 am Sensor element 3 eine Ladung eingeprägt, die, wenn sich der Sensor 1 in einem zu messenden elektrischen Feld 13 befindet, eine Auslen kung des Sensorelements 3 bewirkt. Der Vorteil dieser Ausfüh rungsform ist die einfache Herstellbarkeit und weiters eine grö ßere Empfindlichkeit durch die nur einseitige Verbindung.

Fig. 6b zeigt eine Fig. 6a entsprechende Ausführungsform, wobei zudem der Kopplungsabschnitt 6 am Sensorelement 3 und der Kopp lungsbereich 7 am Gegenelement 4 eine Interdigitalstruktur aus bilden. Dabei sind am Sensorelement 3 und am Gegenelement 4 je weils Finger 17 ausgebildet, die miteinander verzahnt sind. Der Kopplungsabschnitt 6 und der Kopplungsbereich 7 sind jeweils auf die zugehörigen Finger 17 erweitert.

Fig. 7a zeigt eine weitere Ausführungsform des Sensors 1, wel cher ein balkenförmiges Sensorelement 3 besitzt, das an einer Seite mit dem Basiselement 2 verbunden ist und auf der anderen Seite frei auskragt. Auf dem Sensorelement 3 ist der Kopplungs abschnitt 6 aufgebracht. Bei dieser Ausführungsform ist auch das Gegenelement 4 mit dem darauf befindlichen Kopplungsbereich 7 beweglich am Basiselement 2 gelagert. Das Gegenelement 4 ist da bei wie das Sensorelement 3 balkenförmig ausgeführt und nur an einer Seite am Basiselement 2 gelagert, wobei die andere Seite frei auskragt. Das Gegenelement 4 ist mit der Spannungsquelle 10a verbunden, wobei das Sensorelement 3 mit der weiteren Span nungsquelle 10b anderen Potenzials verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform werden sowohl das Sensorelement 3 als auch das Gegenelement 4 in einem elektrischen Feld 13 ausgelenkt. Die Auslenkung der beiden Elemente ist mechanisch unabhängig vonein ander. Bei getrennter Erfassung der Auslenkungen können zwei un abhängige Werte pro Messung erhalten werden. Da das Sensorele ment 3 und das Gegenelement 4 aufgrund der unterschiedlichen eingeprägten Ladungen in entgegengesetzte Richtungen ausgelenkt werden, kann ein Gleichanteil der Auslenkung, beispielsweise durch eine mechanische Einwirkung, herausgerechnet werden.

Figur 7b zeigt den Sensor nach Fig. 7a, wobei hier der Kopp lungsbereich 7 und der Kopplungsabschnitt 6 eine Interdigital struktur ausbilden. Das Sensorelement 3 und das Gegenelement 4 weisen dabei ineinandergreifende Finger 17 auf.

Fig. 8a zeigt eine weitere Ausführungsform des Sensors 1, bei welcher an einem frei auskragenden Ende des Sensorelements 3 eine balkenförmige Querstruktur 19 quer zum übrigen Sensorele ment 3 vorgesehen ist. Das Sensorelement 3 weist somit eine T- Form auf. Das Gegenelement 4 ist in dieser Ausführungsform um das Sensorelement 3 herum ausgebildet. Auf dem T-förmigen Senso relement 3 ist der Kopplungsabschnitt 6 vorgesehen, am Gegenele ment 4 der Kopplungsbereich 7. Der Kopplungsbereich 7 ist mit der Spannungsquelle 10a verbunden. Der Kopplungsabschnitt 6 ist mit der weiteren Spannungsquelle 10b oder mit einem weiteren Ausgang der Spannungsquelle 10a verbunden. Durch die zusätzliche Kopplungsstrecke entlang der balkenförmigen Querstruktur 19 des Sensorelements 3 verschiebt sich der Ladungsträgerschwerpunkt 14 in Richtung des frei auskragenden Endes des Sensorelements 3, wodurch das auf das Sensorelement 3 wirkende Moment und somit die Auslenkung und Messgenauigkeit erhöht wird.

Fig. 8b zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Sensors 1 der Fig. 8a, bei welcher zwischen Kopplungsabschnitt 6 und Kopp lungsbereich 7 eine Interdigitalstruktur ausgebildet ist. Die Finger 17 sind am Sensorelementes 3 jedoch nur an der durchge henden Außenkante der balkenförmigen Querstruktur 19 vorgesehen, welche die größte Distanz zur Verbindungsstelle 12 aufweist. Den Fingern 17 des Sensorelements 3 liegen Finger 17 des Gegenele ments 4 derart gegenüber, dass die Finger 17 ineinandergreifen und so eine Verzahnung bilden. Durch die Anordnung der Interdi gitalstruktur am frei auskragenden Ende des Sensorelements 3 wird der Ladungsträgerschwerpunkt 14 weiter weg von der Verbin dungsstelle 12 verschoben, wodurch das auf das Sensorelement 3 wirkende Moment erhöht wird.

Fig. 9a zeigt eine Ausführungsform des Sensors 1 entsprechend Fig. la bis lc mit einer Auswerteeinheit 20 zur optischen Aus wertung der Auslenkung des Sensorelements 3. Die optische Aus werteeinheit 20 befindet sich oberhalb eines äußeren Randes des Sensorelements 3. Die Auswerteeinheit 20 ist dabei so eingerich tet, dass sie den Normalabstand zum Sensorelement 3 erfasst. Ist das Sensorelement 3 von der (mit durchgezogenen Linien veran schaulichten) Ruheposition in eine (mit strichlierten Linien veranschaulichte) Messposition ausgelenkt, verändert sich der Abstand zur Auswerteeinheit 20. Aus dieser Abstandsänderung kann in weiterer Folge die Stärke des elektrischen Feldes 13 berech net werden. Zur Messung des Abstands kann beispielsweise eine interferometrische Anordnung verwendet werden.

Fig. 9b zeigt einen Sensor 1 mit einer anderen optischen Auswer teeinheit 20, welche aus einem Sender 21 und einem Empfänger 22 besteht. Vom Sender 21 wird unter einem bestimmten Winkel 23 ein Laserstrahl 24 auf das Sensorelement 3 gerichtet. Der Laser strahl 24 wird vom Sensorelement 3 reflektiert und von einem Empfangsgerät aufgenommen. Das Empfangsgerät liefert ein Signal, das vom Ort abhängt, an dem der reflektierte Laserstrahl 25 auf den Empfänger 22 auftrifft. Durch eine Auslenkung des Sensorele ments 3 ändert sich nun der Reflexionswinkel 26, unter welchem der Laserstrahl 24 reflektiert wird und damit der vom Empfänger 22 gemessene Ort. Dadurch kann die Stärke des zu messenden elek trischen Feldes 13 bestimmt werden.