基于柔性电感-硅基电感结构的风速传感器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109580981A(43)申请公布日2019.04.05(21)申请号201811423034.6(22)申请日2018.11.27(71)申请人东南大学地址211189江苏省南京市江宁区东南大学路2号(72)发明人易真翔万煜邓文俊王立峰(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人熊玉玮(51)Int.Cl.G01P5/08(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称基于柔性电感-硅基电感结构的风速传感器(57)摘要本发明公开了基于柔性电感-硅基电感结构的风速传感器，涉及MEMS器件，属于测量测试的技术领域。该风速传感器为柔性电感和硅基电感组成的双层电感结构，所述柔性电感的金属层与硅基电感的金属层面对面且二者之间留有足够互感电动势的空气腔，硅基电感金属层中淀积有构成测定端口的接触块，结构轻便，响应速度快，利用伯努利效应及线圈互感效应实现风速检测，电感自身热损耗小，降低了传感器功率。CN109580981ACN109580981A权利要求书1/1页1.基于柔性电感-硅基电感结构的风速传感器，其特征在于，所述风速传感器为柔性电感和硅基电感组成的双层电感结构，所述柔性电感的金属层与硅基电感的金属层面对面且二者之间留有足够互感电动势的空气腔，所述硅基电感金属层中淀积有构成测定端口的接触块。2.根据权利要求1所述基于柔性电感-硅基电感结构的风速传感器，其特征在于，所述柔性电感为上层电感结构，硅基电感为下层电感结构。3.根据权利要求1所述基于柔性电感-硅基电感结构的风速传感器，其特征在于，所述硅基电感为上层电感结构，柔性电感为下层电感结构。4.根据权利要求1所述基于柔性电感-硅基电感结构的风速传感器，其特征在于，所述柔性电感通过在柔性衬底上淀积金属层形成，在柔性衬底上旋涂光刻胶，刻蚀需要制备电感线圈的部位的光刻胶，采用蒸发法淀积金属层后剥离光刻胶形成电感线圈。5.根据权利要求1所述基于柔性电感-硅基电感结构的风速传感器，其特征在于，所述硅基电感通过在硅衬底上淀积金属层形成，在硅衬底上旋涂光刻胶，刻蚀需要制备电感线圈和接触块的部位的光刻胶，采用蒸发法淀积金属层后剥离光刻胶形成电感线圈和接触块。6.根据权利要求4所述基于柔性电感-硅基电感结构的风速传感器，其特征在于，所述柔性衬底为聚对苯二甲酸类衬底。7.利用权利要求1至6中任意一项所述基于柔性电感-硅基电感结构的风速传感器检测风速的方法，其特征在于，固定柔性电感和硅基电感并调整二者之间的距离以使二者之间的空气腔足够互感电动势，向空气腔内送风，检测测定端口的输入回波损耗，根据输入回波损耗曲线确定硅基电感的中心频率点，反推硅基电感的中心频率点与风速的关系式确定风速测量值。2CN109580981A说明书1/3页基于柔性电感-硅基电感结构的风速传感器技术领域[0001]本发明公开了基于柔性电感-硅基电感结构的风速传感器，涉及MEMS器件，属于测量测试的技术领域。背景技术[0002]与人们的生活息息相关的风速测量广泛应用在工业建设、农业生产、航天航空、交通旅游、气象预报以及环境保护等领域。很早之前，风速的测量主要采用机械式风杯和风向标来实现，近些年来，又出现了基于超声原理和多普勒原理的风速传感器，但总的来说，这些风速传感器由于体积庞大、成本高而无法满足物联网技术中的小型化、低功耗等应用需求。[0003]尼尔·伯努利在1726年提出了“伯努利原理”，这是在流体力学的连续介质理论方程建立之前水力学所采用的基本原理，其实质是流体的机械能守恒，即：动能+重力势能+压力势能=常数。伯努利原理往往被表述为p+1/2ρv2+ρgh=C，这个式子被称为伯努利方程，式中，p为流体中某点的压强，v为流体在该点的流速，ρ为流体密度，g为重力加速度，h为该点所在高度，C是一个常量。根据伯努利原理，我们可以得到一个重要的推论：等高流动时，流速越大，压力越小。[0004]互感现象在电路中广泛应用，能量或信号可以由一个线圈传递到另外一个线圈。互感的基本原理是磁的耦合，如果有两只线圈互相靠近，第一个线圈中电流所产生的磁通有一部分与第二个线圈相环链，第一个线圈中的电流变化会导致其与第二个线圈环链的磁通变化，在第二个线圈中产生感应电动势。互感系数的大小取决于两个线圈的几何形状、大小、相对位置、各自的匝数以及它们周围介质的磁导率。[0005]本申请旨在利用伯努利效应及线圈互感效应实现结构轻便、损耗小的风速传感器。发明内容[0006]本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了基于柔性电感-硅基电感结构的风速传感器，实现了基于伯努利效应及线圈互感原理的风速测量，解决了现有风速传感器由于体积庞大、成本高无法满足物联网