[发明专利]一种电容式三维风速风向传感器

说明书

本发明公开了一种电容式三维风速风向传感器，所述传感器包括第一微柱、第二微柱、衬底、第一空气层、第二空气层、第一层金属极板单元、第二层金属极板单元和第三层金属极板单元；所述第一微柱连接在衬底的顶面，第二微柱连接在衬底的底面，第一空气层、第二空气层和金属极板单元位于衬底中，第一层金属极板单元、第一空气层、第二层金属极板单元、第二空气层和第三层金属极板单元从上向下依次布设；第一空气层中设有第一微支点，第二空气层中设有第二微支点，第一微支点和第二微支点分别与衬底连接；第一层金属极板单元、第二层金属极板单元和第三层金属极板单元嵌在衬底中，可用引线引出。该传感器可以实现零功耗，同时提高风速测量的可靠性。

技术领域

本发明属于微电子机械系统(MEMS)的技术领域，具体来说，涉及一种电容式三维风速风向传感器。

背景技术

风速检测与日常生活紧密相关，并在工农业生产、能源开发、交通旅游、气象预报以及物联网等诸多领域都起着非常重要的作用。实际环境中的气流并不固定地沿着二维平面流动，还常常伴有垂直方向的分量，这类风被称为三维风。空中出现的晴空湍流就是一种三维风现象，飞行员很难事先发现，并且由于其对飞机安全造成很大威胁，被称为飞机的隐形杀手，每年因此引发的飞行事故都时有发生。陆地上的龙卷风也是一种三维风现象，它威力强，破坏力大，对生命和财产安全造成巨大威胁。还有许多重要领域，如飞机上升过程中空气流速测量和机翼剖面优化、风力发电中涡扇控制、车辆风阻和噪声减小以及智能家居中室内风速调控等，都需要对三维风速和风向进行测量，而一维和二维风速传感器难以满足其要求。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种电容式三维风速风向传感器，以实现零功耗，同时提高风速测量的可靠性。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种电容式三维风速风向传感器，所述传感器包括第一微柱、第二微柱、衬底、第一空气层、第二空气层、第一层金属极板单元、第二层金属极板单元和第三层金属极板单元；所述第一微柱连接在衬底的顶面，第二微柱连接在衬底的底面，第一空气层、第二空气层和金属极板单元位于衬底中，第一层金属极板单元、第一空气层、第二层金属极板单元、第二空气层和第三层金属极板单元从上向下依次布设；第一空气层中设有第一微支点，第二空气层中设有第二微支点，第一微支点和第二微支点分别与衬底连接；第一层金属极板单元、第二层金属极板单元和第三层金属极板单元嵌在衬底中，可用引线引出。

作为优选例，所述的第一层金属极板单元包括同层布设的第一金属极板、第二金属极板、第三金属极板和第四金属极板。

作为优选例，所述的第二层金属极板单元包括同层布设的第五金属极板、第六金属极板、第七金属极板和第八金属极板，且第五金属极板和第一金属极板相对，第六金属极板和第二金属极板相对，第七金属极板和第三金属极板相对，第八金属极板和第四金属极板相对；第五金属极板和第一金属极板之间形成上层第一电容，第六金属极板和第二金属极板之间形成上层第二电容，第七金属极板和第三金属极板之间形成上层第三电容，第八金属极板和第四金属极板之间形成上层第四电容。

作为优选例，所述的第三层金属极板单元包括同层布设的第九金属极板、第十金属极板、第十一金属极板和第十二金属极板，且第九金属极板和第五金属极板相对，第十金属极板和第六金属极板相对，第十一金属极板和第七金属极板相对，第十二金属极板和第八金属极板相对；第九金属极板和第五金属极板之间形成下层第一电容，第十金属极板和第六金属极板之间形成下层第二电容，第十一金属极板和第七金属极板之间形成下层第三电容，第十二金属极板和第八金属极板之间形成下层第四电容。

作为优选例，所述衬底为PDMS衬底。

有益效果：本发明实施例的电容式三维风速传感器，采用将敏感元件置于衬底内部，避免了与风场的直接接触，提高了风速测量的可靠性。此外，该三维风速传感器全部由无源元件组成，真正实现零功耗。

附图说明