[发明专利]MEMS传感器、基于MEMS传感器的热力参数测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及热力检测技术领域，具体涉及一种MEMS传感器及基于MEMS传感器的热力参数测量方法。

背景技术

目前，MEMS传感器(Micro-Electro-Mechanical System)由于其微小集成化等特点较为广泛的应用于热力参数的测量。然而现在MEMS传感器都是测量单一的数据，如测量流量、压力、温度、热流等参数。若想要同一时间测量多个参数，则需要在MEMS上设置多个测量单元，无法集成在一起，影响MEMS的尺寸大小，违背了MEMS的微小集成化的设计初衷，使其无法应用于微小通道内流体的热力参数测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：解决如何提供一种能够同时集成多个热力参数测量的MEMS传感器的问题。

为实现上述的发明目的，本发明提供了一种MEMS传感器以及基于MEMS传感器的热力参数测量方法。

依据本发明的第一方面，提供了一种MEMS传感器，包括：包括玻璃基底以及形成在所述玻璃基底上的硅衬底，在所述硅衬底内形成有两个空腔，空腔顶壁的硅衬底形成梁；

所述传感器还包括形成在硅衬底非梁区域上的第一结构、第二结构、第七结构以及第八结构；在所述梁上还形成有第三结构、第四结构、第五结构、第六结构；所述传感器还包括形成在硅衬底上位于第一结构以及第八结构之间的加热电阻；

其中，第一结构与第二结构导电连接，第三结构与第四结构导电连接，第五结构与第六结构导电连接，第七结构与第八结构导电连接，第一结构还与第八结构导电连接，第二结构还与第七结构导电连接；

第一结构、第二结构、第七结构、第八结构为温敏器件，第三结构、第四结构、第五结构、第六结构为温敏与压敏耦合器件；

所述传感器还包括形成在第一结构以及第八结构上表面的第一导热薄膜，形成在第二结构以及第七结构上的第二导热薄膜，以及形成在硅衬底表面位于第五结构以及第六结构之间的第一导热薄膜。

优选地，所述第一结构、第二结构、第七结构、第八结构为温敏电阻或铂材料薄膜；

所述第三结构、第四结构、第五结构、第六结构为压敏电阻。

优选地，第一结构、第二结构、第七结构以及第八结构中每种结构的数量均为至少八个；第三结构、第四结构、第五结构、第六结构中每种结构的数量均为至少四个；

其中，第一结构与第二结构通过构成惠斯通电桥从而导电连接，第三结构与第四结构通过构成惠斯通电桥从而导电连接，第五结构与第六结构通过构成惠斯通电桥从而导电连接，第七结构与第八结构通过构成惠斯通电桥从而导电连接，第一结构与第八结构通过构成惠斯通电桥从而导电连接，第二结构与第七结构通过构成惠斯通电桥从而导电连接。

优选地，所述第一导热薄膜的材料为二氧化硅，第二导热薄膜的材料为氮化硅。

优选地，所述第一结构、第二结构、第七结构、第八结构为温敏电阻或铂材料薄膜；

所述第三结构、第四结构、第五结构、第六结构为压敏电阻。

依据本发明的第二方面，提供了一种基于MEMS传感器的热力参数测量方法，利用如权利要求1-4任一所述的MEMS传感器进行测量，所述方法包括：

当气流经过所述MEMS传感器时，根据第一结构以及第二结构之间的电压差获取第一结构感知的温度与第二结构感知的温度之差ΔT₁，再依据公式一得到气流的热流参数q₁：

q₁＝ΔT₁*λ1*λ2/(λ2*d1-λ1*d2)公式一

其中，λ₁为第一导热薄膜的导热系数，d₁为第一导热薄膜的厚度；λ₂为第二导热薄膜的导热系数，d₂为第二导热薄膜的厚度。

优选地，所述方法还包括：

当气流经过所述MEMS传感器时，根据第七结构以及第八结构之间的电压差获取第七结构感知的温度与第八结构感知的温度之差ΔT₂；同样依据公式一得到气流的热流参数；

计算热量参数q₂与热流参数q₁的平均值

优选地，所述方法还包括：

当气流经过所述MEMS传感器时，根据第三结构以及第四结构的阻值变化，以及第三结构与第四结构之间的电压差，得到气流的压力值以及第一曲率Δp₁；