[发明专利]一种导引式风向风速传感器

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术，涉及微电子机械系统(MEMS)，特别涉及微型风传感器技术。

背景技术

风向与风速是自然环境、生产环境、居住环境、国防、交通运输等方面重要的信息参数。当前，在社会日益注重全球环境保护、生存环境安全、工业信息化的背景下，风向与风速越来越需要在大范围内被实时、精确地测量出来。风向风速传感器是指能够测量0-360°的风向和一定范围内的风速的传感器。

传统的风向风速传感器主要包括力学式风传感器、微波成像风传感器、激光多普勒风速计(LDA)、超声式风传感器。虽然在这些传感器中，如微波成像风传感器具有测量区域范围非常大、激光多普勒风速计具有非接触测量，精度非常高等特点，但是都具有体积大、不具有可集成性的等缺点。随着电子技术、微电子技术、MEMS技术的发展，社会越来越需要能够满足国防信息化、环境监测网络化，具有体积微小，可集成，成本低的微型风向风速传感器。

目前，国内外微型风传感器主要以热式风传感器为主，主要包括：热线型风传感器、热流型风传感器、热像型风传感器。

热线型风传感器(hot-wire)是依据热损失设计，通过测量芯片表面向流体传递的热量多少来测量风速，芯片上的加热器常常采用热敏电阻即热线(hot-wire)结构。随着风速的增加，向风中传递的热量增加，引起加热器温度下降，热敏电阻阻值的变化，通过电路的处理能够得到风速的信息。该型传感器的优点是体积最小，结构简单，可集成，成本低，应用最广泛，缺点是精度低，高风速测量不稳定，功耗大，但不能实现风向、风速同时测量。

热流型风传感器是利用加热芯片表面的风的上游和下游会对传感器表面不均匀的冷却，从而在芯片表面产生能够同时反映风向风速信息的温度梯度。由测温组件组成的结构测量该温度梯度得到风向风速信息。该型传感器的优点是风向、风速同时测量，体积小可集成；缺点是高风速测量不稳定。

热像型风传感器是通过测量一组二维排列的温度传感器在有风吹过时中心对称温度场的变化情况，得到相应的风向风速信息。该型传感器的优点是风向、风速同时测量，体积较小；缺点是算法复杂、测量范围小(0-0.4m/s)。

除了热式风传感器，近年来也出现了悬臂梁式风传感器，其工作原理是：风吹过一定的微结构会导致微结构的几何形变，微结构上的应变传感器可以将这种几何形变转变为某一种电学参量(例如：电阻)的变化，测量该参量的变化量可以得到风速的信息。但是已有的悬臂梁式风传感器只能测量风速，不能实现风向、风速同时测量。

发明内容

目前微型风传感器中应用最多的是热线型风传感器，但它的缺点是精度低，高风速测量不稳定，功耗大，不能实现风向、风速同时测量；诸如热像型风传感器等其它类型的风传感器又存在算法复杂、测量范围小等缺点，为了解决现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种风向风速可以同时测量的导引式风向风速传感器。

为了实现所述的目的，本发明提出的导引式风向风速传感器，它采用的结构包括上盖板(1)、下档体(2)、侧挡板(3)、通孔(4)、悬臂梁阵列(5)、应变传感器(6)；

侧挡板(3)位于上盖板(1)和下档体(2)之间；

上盖板(1)与侧挡板(3)的一面紧密结合；

下档体(2)与侧挡板(3)的另一面紧密结合；

在下档体(2)本体上分布通孔(4)；

侧挡板(3)位于两个通孔(4)之间；

悬臂梁阵列(5)位于通孔(4)内；

悬臂梁阵列(5)一端与应变传感器(6)一端相连，应变传感器(6)的另一端位于通孔(4)的侧壁内。

根据本发明的实施例，所述通孔(4)的数量N根据具体使用要求选择。

根据本发明的实施例，所述通孔(4)，采用N个通孔(4)，N个通孔(4)的位置以传感器中心对称排列。

根据本发明的实施例，在一个通孔(4)内的悬臂梁阵列(5)，根据需要选择一个或一个以上的数量。

根据本发明的实施例，所述侧挡板(3)的两个平面与上盖板(1)和下档体(2)的平面连接。

根据本发明的实施例，所述侧挡板(3)是以传感器中心位置计算数量n等于通孔(4)的数量N。

根据本发明的实施例，所述悬臂梁阵列(5)的每个悬臂梁阵列中悬臂梁的数量是任意一个正整数。

根据本发明的实施例，所述悬臂梁阵列包括：在一个通孔(4)内有多个悬臂梁(5)，根据需要顺序排列或相对着交叉排列。