[發(fā)明專利]一種高靈敏度風(fēng)速風(fēng)向傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210559401.1
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN103048487A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦明;胡世鑌;陳實(shí)
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G01P5/08
• 分類號: G01P5/08;G01P13/02;B81C1/00;B81C3/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高靈敏風(fēng)速傳感器的結(jié)構(gòu)，尤其是采用檢測尖端發(fā)射電流實(shí)現(xiàn)風(fēng)速測量的小型風(fēng)速傳感器結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

風(fēng)速風(fēng)向傳感器在環(huán)境監(jiān)測、野外作業(yè)等方面有廣泛的應(yīng)用。該類傳感器一般由傳統(tǒng)的風(fēng)杯和風(fēng)向標(biāo)結(jié)構(gòu)、純固態(tài)的熱絲或熱膜結(jié)構(gòu)、以及超聲風(fēng)速測量系統(tǒng)等。傳統(tǒng)風(fēng)杯和風(fēng)向標(biāo)結(jié)構(gòu)體積較大、一般在數(shù)十厘米或以上，且存在轉(zhuǎn)動(dòng)部件，容易磨損；熱式風(fēng)速傳感器雖然可以做的很小，但溫漂和功耗是其固有的問題，需要改進(jìn)；超聲風(fēng)速傳感器近年來得到很大的發(fā)展，該傳感器具有精度高，測量范圍大，且使用壽命長等諸多突出優(yōu)點(diǎn)。其不利因素是體積較大（10厘米以上），價(jià)格偏高。在野外作業(yè)等測量方面，需要小型測試系統(tǒng)。同時(shí)由于結(jié)構(gòu)微小，傳感器需要高靈敏才能實(shí)現(xiàn)較好的低風(fēng)敏感。因此超小型便攜風(fēng)速風(fēng)向測量系統(tǒng)仍得到人們的關(guān)注并試圖研發(fā)出新型產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明提出了一種高靈敏的風(fēng)速測量結(jié)構(gòu)。該測量結(jié)構(gòu)由一中間固定垂直風(fēng)桿的可變形的導(dǎo)電薄板和其下兩個(gè)或四個(gè)對稱放置的微尖端發(fā)射陰極組成。垂直風(fēng)桿受風(fēng)壓帶動(dòng)導(dǎo)電薄板產(chǎn)生變形，導(dǎo)致薄板邊緣的兩個(gè)或四個(gè)發(fā)射尖端與襯底上的陽極間距發(fā)生變化。由于發(fā)射電流強(qiáng)烈依賴于該間距，因此通過測量這兩個(gè)或四個(gè)尖端陰極中流過的電流大小并計(jì)算相對邊的電流差，根據(jù)一定的算法并校準(zhǔn)就可反映風(fēng)速和風(fēng)向的信息。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種高靈敏度風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其包括襯底、設(shè)置在襯底表面的絕緣體、分別設(shè)在絕緣體表面且相距一定距離的第一底部陽極和第二底部陽極、與絕緣體相連的支撐錨區(qū)、與支撐錨區(qū)相連的彈性膜、與彈性膜相連的剛性薄板，設(shè)置在剛性薄板上的風(fēng)桿；

風(fēng)桿位于剛性薄板中心，第一底部陽極和第二底部陽極相對剛性薄板中心對稱放置，

該風(fēng)向傳感器還包括設(shè)置在剛性薄板下端且分別與第一底部陽極和第二底部陽極4相對設(shè)置的第一尖端發(fā)射極和第二尖端發(fā)射極。

優(yōu)選的，剛性薄板為導(dǎo)體，它通過彈性膜與錨區(qū)相連。

優(yōu)選的，第一底部陽極和第二底部陽極之間的距離為0.1至2微米，第一尖端發(fā)射極和第二尖端發(fā)射極之間的距離為0.1至2微米。

有益效果：基于尖端發(fā)射電流檢測原理的風(fēng)速傳感器，可采用微機(jī)械加工工藝批量制造，成本低廉。同時(shí)結(jié)構(gòu)可以做的很小，比如在5厘米以內(nèi)。可滿足便攜需要；采用尖端發(fā)射電流檢測原理實(shí)現(xiàn)風(fēng)速和風(fēng)向敏感，由于電流大小和間距成指數(shù)關(guān)系，因此靈敏度比壓阻和電容檢測原理更高。查分電流檢測原理避免了溫度等其他效應(yīng)的影響，因此傳感器的溫漂小；通過控制工作電壓可使電流在較小的數(shù)值，比如1mA以下工作，因此功耗相比熱風(fēng)速傳感器要低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的剖面示意圖。

其中：襯底材料1，絕緣材料2，第一底部陽極3，第二底部陽極4，支撐錨區(qū)5，第一尖端發(fā)射極6，第二尖端發(fā)射極7，彈性膜8，剛性薄板9和風(fēng)桿10。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

本發(fā)明提供的高靈敏度風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其包括襯底1、設(shè)置在襯底1表面的絕緣體2、分別設(shè)在絕緣體2表面且相距一定距離的第一底部陽極3和第二底部陽極4、與絕緣體2相連的支撐錨區(qū)5、與支撐錨區(qū)5相連的彈性膜8、與彈性膜8相連的剛性薄板9，設(shè)置在剛性薄板9上的風(fēng)桿10；風(fēng)桿10位于剛性薄板9中心，第一底部陽極3和第二底部陽極4相對剛性薄板7中心對稱放置，該風(fēng)向傳感器還包括設(shè)置在剛性薄板9下端且分別與第一底部陽極3和第二底部陽極4相對設(shè)置的第一尖端發(fā)射極6和第二尖端發(fā)射極7。

剛性薄板9為導(dǎo)體，它通過彈性膜8與錨區(qū)5相連。

第一底部陽極3和第二底部陽極4之間的距離為0.1至2微米，第一尖端發(fā)射極6和第二尖端發(fā)射極之間的距離為0.1至2微米。