[发明专利]一种高灵敏度二维风速风向传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量风速风向的传感器，具体来说，涉及一种高灵敏度二维风速风向传感器。

背景技术

风速和风向是反应气象情况非常重要的两个参数。对环境监测、空气调节和工农业生产有重要影响。因此，快速、准确的测量出风速和风向具有十分重要的现实意义。众所周知，虽然利用机械加工的风杯和风向标能够测量风速和风向，但是这些机械装置具有移动部件，而使得这些机械装置容易磨损、寿命短。同时这些机械装置体积大，价格昂贵，需要经常维护。典型超声风速传感器发射和探测接收头位置固定，因此相对结构也较大。基于微机械加工技术的微型流速传感器具有体积小、价格低和产品一致性好的优点，是近几年来流体传感器研究的热点。但是，由于硅衬底的高热导率，微型流速传感器的功耗较大，灵敏度较低。采用背面腐蚀或者正面腐蚀的方法形成绝热薄膜，可以提高灵敏度，但是结构易损坏，不利于后道工艺和封装。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是，提供一种高灵敏度二维风速风向传感器，该传感器结构简单、体积小，并且在测量风速风向时，具有高灵敏度和低功耗。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明的高灵敏度二维风速风向传感器，包括四个基本单元和一个硅衬底，四个基本单元分布在硅衬底上；所述的每个基本单元包括加热电阻、测温电阻、第一外梁、第二外梁、第一内梁、第二内梁、第一焊接块、第二焊接块、第三焊接块和第四焊接块，第一焊接块、第二焊接块、第三焊接块和第四焊接块依次连接在硅衬底的上表面，加热电阻和测温电阻均由金属制成，加热电阻和测温电阻位于同一水平面，并且相互平行，加热电阻的长度大于测温电阻的长度，加热电阻和测温电阻具有同一中线；与加热电阻相比，测温电阻靠近硅衬底的边缘；加热电阻的一端与第一外梁前部的顶端连接，加热电阻的另一端与第二外梁前部的顶端连接；测温电阻的一端与第一内梁前部的顶端连接，测温电阻的另一端与第二内梁前部的顶端连接；第一外梁后部的尾端与第一焊接块连接，第二外梁后部的尾端与第四焊接块连接，第一内梁后部的尾端与第二焊接块连接，第二内梁后部的尾端与第三焊接块连接；第一外梁后部、第二外梁后部、第一内梁后部和第二内梁后部均与硅衬底相触，第一外梁前部、第二外梁前部、第一内梁前部和第二内梁前部均悬空；所述的四个基本单元中的加热电阻在硅衬底上呈二维对称分布；所述的四个基本单元中的测温电阻在硅衬底上呈二维对称分布。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案的有益效果是：该传感器结构简单、体积小，并且在测量风速风向时，具有高灵敏度和低功耗。本技术方案的传感器，第一外梁前部、第二外梁前部、第一内梁前部和第二内梁前部向上弯曲，呈悬空结构。因此，连接在第一外梁前部和第二外梁前部之间的加热电阻，以及连接在第一内梁前部和第二内梁前部之间的测温电阻，都处于悬空状态。加热电阻和测温电阻为悬空状态，脱离了硅衬底的表面，不受硅衬底高热传导率的影响，所以，该结构的传感器具有高灵敏度和低功耗。同时，加热电阻和测温电阻为二维对称分布，通过测量两个相对的测温电阻之间的温度差，就可以得到一组正交的温度分布信息。通过数值计算，利用两组正交的温度分布信息，可以得到风速和风向的信息，测量风速和风向精度高。另外，整个传感器结构简单、体积小，工作响应时间快。

附图说明

图1为本发明的俯视图。

图2是本发明中的一个基本单元的正视图。

图中有：硅衬底1、加热电阻2，测温电阻3、第一外梁4、第一外梁前部41、第一外梁后部42、第二外梁5、第二外梁前部51、第二外梁后部52、第一内梁6、第一内梁前部61、第一内梁后部62、第二内梁7、第二内梁前部71、第二内梁后部72、第一焊接块8、第二焊接块9、第三焊接块10、第四焊接块11。

具体实施方式