[實(shí)用新型]高靈敏度雨量傳感器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200920036143.2
• 申請(qǐng)日: 2009-03-10
• 公開（公告）號(hào): CN201387334Y
• 公開（公告）日: 2010-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧興蓮;秦明;余輝洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D5/241
• 分類號(hào): G01D5/241;B81B7/02;B81C5/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種基于微機(jī)械(MEMS)硅體加工的雨量傳感器，尤其是采用硅作為敏感材料，玻璃或陶瓷等非硅材料作為襯底的電容式雨量傳感器。

背景技術(shù)

迄今為止，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)投入使用的固態(tài)存儲(chǔ)雨量計(jì)大部分是由翻斗式傳感器與固態(tài)數(shù)據(jù)采集記錄裝置---固態(tài)存儲(chǔ)記錄儀(以下簡(jiǎn)稱記錄儀)連接組成。翻斗式雨量計(jì)有兩種形式一雙翻斗式和單翻斗式，目前分別用于II型站和CAWS型站。

現(xiàn)有固態(tài)存儲(chǔ)雨量計(jì)存在著明顯的缺陷和不足，主要是傳感技術(shù)落后于信息處理技術(shù)。現(xiàn)有翻斗式雨量傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)功耗的突出優(yōu)點(diǎn)使其得到廣泛推廣使用，但該傳感器自身固有的缺陷和不足之處十分明顯和突出，如：測(cè)量精度差、測(cè)量誤差隨雨強(qiáng)變化劇烈、受外界隨機(jī)因素影響大、儀器安裝調(diào)整煩瑣，使用中規(guī)范檢定困難，由于存在可動(dòng)結(jié)構(gòu)需要經(jīng)常清理和維護(hù)等等。在其他的方面各種新型的雨量傳感器得到了大量的應(yīng)用，如用于化工業(yè)，建筑和車輛上的雨量傳感器。在雨量傳感器中常用的測(cè)量原理有(1)重量(2)光學(xué)變化(3)電容(4)電阻。

比較典型的是自動(dòng)控制汽車刮水系統(tǒng)的雨量傳感器。該雨量傳感器檢測(cè)雨量的方法主要有電容式、紅外散射式。正常天氣情況下，??目前的電容式雨量傳感器有一固定的電容值，當(dāng)有雨下到電容的柵極之間時(shí)，改變了電容的介電常數(shù)從而改變電容值，以此判斷雨量的大小。紅外散射式是目前產(chǎn)品化雨量傳感器的主要工作方式，傳感器自身發(fā)出的紅外光線透過(guò)玻璃入射到玻璃外表面，當(dāng)有雨時(shí)，雨滴對(duì)光產(chǎn)生散射，從玻璃射回傳感器接收端的光線變?nèi)酰??從而判斷是否下雨、雨量大小。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題：本實(shí)用新型的目的是提出一種高靈敏度雨量傳感器，該傳感器由于采用體硅薄膜作為敏感材料，采用絕緣材料作為襯底，大大減少了寄生電容的影響。同時(shí)所有引線都從絕緣襯底上引出，簡(jiǎn)化了工藝。采用帶有厚板的敏感膜結(jié)構(gòu)，使電容間距大大縮小，提高了測(cè)量靈敏度。

技術(shù)方案：??本實(shí)用新型的高靈敏度雨量傳感器采用單晶硅膜作為敏感材料，采用絕緣材料玻璃或陶瓷作為絕緣襯底，用高摻雜的硅質(zhì)量塊的下表面作為電容上電極，在硅質(zhì)量塊的上表面是一層氧化硅，絕緣襯底上濺射的金屬作為電容的下電極，上下電極圖形一致，由多個(gè)單元形成一個(gè)2×2以上的二維陣列，且單元并聯(lián)在一起，襯底與硅質(zhì)量塊用導(dǎo)電膠進(jìn)行組裝，器件制作完成之后，進(jìn)行引線鍵合，然后在傳感器上表面均勻涂敷一層硅橡膠使其完全密封。采用單晶硅膜作為敏感部分，同時(shí)作為電容的一個(gè)電極，且該電極在絕緣襯底上直接引出。電容陣列單元中敏感膜都帶有厚的硅質(zhì)量塊，以減小與下電極的間距。

有益效果：我國(guó)乃至世界大量采用的降水傳感器是翻斗式和虹吸式雨量傳感器。它們都存在明顯的不足之處。比如系統(tǒng)笨重，安裝繁瑣，成本高，只適用于專業(yè)性測(cè)量。與傳統(tǒng)的傳感器相比，電容式硅微機(jī)械雨量傳感器具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產(chǎn)、易于集成和實(shí)現(xiàn)智能化的特點(diǎn)。同時(shí)，在微米量級(jí)的特征尺寸使得它可以完成某些傳統(tǒng)機(jī)械傳感器所不能實(shí)現(xiàn)的功能.由于采用絕緣材料作為襯底，大大減少了寄生電容的影響。同時(shí)所有引線都從絕緣襯底上引出，簡(jiǎn)化了工藝，采用采用帶有厚板的敏感膜結(jié)構(gòu)，使電容間距大大縮小，提高了測(cè)量靈敏度，總之電容式硅微機(jī)械雨量傳感器具有靈敏度高，溫度穩(wěn)定性好，線性度高，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化輸出等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的單元結(jié)構(gòu)示意圖，圖中有：?jiǎn)尉Ч枘?，金屬2，玻璃或陶瓷3，氧化硅4，導(dǎo)電膠5，硅質(zhì)量塊6。

圖2為一個(gè)3×3結(jié)構(gòu)的雨量傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型提出的高靈敏度雨量傳感器利用壓敏電容將降雨的大小轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫σ鸬膹椥阅さ男巫?，再將形變轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙莸妮敵觯ㄟ^(guò)檢測(cè)雨水沖擊作用間造成的電容的變化間接測(cè)量雨量的大小。為了減小寄生電容，采用絕緣材料玻璃或者陶瓷作為襯底。為了提高電容的靈敏度，采用帶有厚板的敏感膜結(jié)構(gòu)，縮小了電容間的間距。

為了統(tǒng)計(jì)雨量的降水率，傳感器由多個(gè)基本結(jié)構(gòu)組成，并且每個(gè)電容單元的結(jié)構(gòu)都完全相同。每個(gè)結(jié)構(gòu)如附圖1所示，形成n×n陣列，每個(gè)單元為一獨(dú)立的測(cè)量單元，通過(guò)電路讀取和數(shù)據(jù)處理，可以測(cè)出雨在傳感器上的大小分布，進(jìn)而根據(jù)測(cè)量時(shí)間，可統(tǒng)計(jì)出雨量的降水量，同時(shí)還可根據(jù)分布情況，計(jì)算出是否冰雹或雨或雪等。電容上下電極分別由高摻雜的硅以及玻璃上濺射的金屬鋁電極構(gòu)成。當(dāng)上電極表面受到雨水沖擊時(shí)，電容間距便會(huì)發(fā)生變化，致使輸出的電容變化。