[發(fā)明專利]基于柔性MEMS技術(shù)的三維流體應力傳感器及其陣列

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210050586.3
• 申請日: 2012-02-29
• 公開（公告）號: CN102539029A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張衛(wèi)平;孫永明;劉武;陳文元;陳宏海;王文君;吳校生;崔峰
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14;G01L1/18;B81B3/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

1.一種基于柔性MEMS技術(shù)的三維流體應力傳感器，其特征在于：包括電容式壓應力傳感器和熱剪切應力傳感器，這兩部分通過MEMS一體化加工技術(shù)集成在一起，該三維流體應力傳感器表面有一層保護膜；其中：

所述電容式壓應力傳感器包括位于上電極層的上極板、壓應力敏感膜和下電極層的下極板組成，支撐結(jié)構(gòu)層形成了壓應力傳感器的空腔結(jié)構(gòu)，電容信號通過下極板的檢測電極對引到檢測電路，上極板無需信號引出；

所述熱剪切應力傳感器由四組雙熱線電阻組成，四組雙熱線位于所述電容式壓應力傳感器的上極板四周，呈正方形排列，相鄰兩組構(gòu)成一組正交關(guān)系，熱線電阻信號通過引線柱從柔性襯底引入檢測電路，實現(xiàn)二維剪切應力的矢量測量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柔性MEMS技術(shù)的三維流體應力傳感器，其特征是，所述電容式壓應力傳感器中，上極板為Cu或Ni金屬薄膜位于保護膜下面，壓應力敏感膜位于上電極層下面，下極板為Au、Cu或Ni金屬薄膜形成的一個檢測電極對位于柔性襯底上面。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柔性MEMS技術(shù)的三維流體應力傳感器，其特征是，所述的熱剪切應力傳感器中，熱線電阻在上電極層且位于三維流體應力傳感器表面保護膜的下面，熱剪切應力傳感器工作在恒溫模式下，通過測量施加在熱線電阻上電壓的變化計算出剪切應力的大小和方向。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的基于柔性MEMS技術(shù)的三維流體應力傳感器，其特征是，所述的保護膜為一層很薄的聚酰亞胺或聚對二甲苯聚合物材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的基于柔性MEMS技術(shù)的三維流體應力傳感器，其特征是，所述的壓應力敏感膜材料為PDMS或Mylar薄膜，在壓應力作用下膜片發(fā)生形變導致電容間隙發(fā)生變化，通過檢測電極對測量電容信號變化計算出壓應力的大小。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的基于柔性MEMS技術(shù)的三維流體應力傳感器，其特征是，所述的支撐結(jié)構(gòu)層材料為PDMS、SU8膠或三氧化二鋁絕緣材料，通過模具或LIGA加工技術(shù)制作。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的基于柔性MEMS技術(shù)的三維流體應力傳感器，其特征是，所述的柔性襯底采用以聚酰亞胺為基板材料的雙面柔性印刷電路板，傳感器能安放在航行體的曲體表面上測量。

8.一種由權(quán)利要求1-7所述的三維流體應力傳感器構(gòu)成的陣列，其特征是，所述的陣列為NXM矩形陣列，每個測量單元包含一個電容式壓應力傳感器和四組雙熱線組成的熱剪切應力傳感器，每個測量單元的信號分別引入檢測電路，通過檢測電路實現(xiàn)陣列式掃描檢測。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于柔性MEMS技術(shù)的三維流體應力傳感器陣列，其特征是，所述熱剪切應力傳感器采用雙熱線結(jié)構(gòu)，熱線電阻材料為Ni或Pt金屬材料，熱線電阻信號通過Ni或Cu引線柱從柔性襯底連接到檢測電路。

10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的基于柔性MEMS技術(shù)的三維流體應力傳感器陣列，其特征是，所述的流體應力傳感器通過MEMS工藝多層掩膜和鍵合工藝制作，采用柔性襯底和背線引接技術(shù)。