[發明專利]一種基于視覺對準的MEMS摩阻傳感器制作方法

有效

• 申請號: 201810348331.2
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN108467007B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 王雄;許曉斌;朱濤;高揚;陳立國;王南天;邱華誠;史云龍
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心超高速空氣動力研究所
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;G01L1/18
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長明;何勇盛

本發明公開了一種基于視覺對準的MEMS摩阻傳感器制作方法。MEMS摩阻傳感器分解為浮動元件、硅微結構、電極基板、接口電路和封裝管殼5個部分，硅微結構和電極基板采用MEMS加工工藝制作，浮動元件采用和裝管殼采用精密機械加工技術制作，接口電路采用陶瓷基精密微帶電路技術制作。MEMS摩阻傳感器采用專門的微組裝設備和微組裝工藝，微組裝設備由精密視覺定位系統、三自由度微操作對準平臺、真空吸頭和圖像辨識系統構成；利用視覺精密定位和微操作對準技術完成MEMS摩阻傳感器的組裝。本發明的基于視覺對準的MEMS摩阻傳感器制作方法，提高了MEMS摩阻傳感器加工、組裝精度，進而提高了其在高超聲速風洞內表面摩擦阻力測量的精準度。

技術領域

本發明屬于微機電系統中的微機械傳感器領域，具體涉及一種基于視覺對準的MEMS摩阻傳感器制作方法，特別是涉及一種適用于高超聲速風洞流場中表面摩擦阻力精確測量的MEMS摩阻傳感器制作方法。

背景技術

MEMS摩阻傳感器主要用于測試飛行器的表面摩擦阻力，進而確定飛行器表面摩擦阻力的大小和分布情況，對飛行器設計具有重要意義。傳統的表面摩擦阻力測試器件主要是微量應變式摩阻天平，但其受靈敏度、溫度、體積和成本等因素限制，難以在飛行器設計領域廣泛應用。以微機電系統技術為基礎的MEMS摩阻傳感器具有體積小、成本低、可靠性高等突出優點，能夠廣泛應用于飛行器設計等領域。

目前，介紹MEMS摩阻傳感器的文獻較多，主要分為梳齒電容式和壓阻式等，但主要應用于低速風洞的表面摩擦阻力測量試驗。2001年，Jiang Zhe等人[A MEMS device formeasurement of skin friction with capacitive sensing, MicroelectromechanicalSystems Conference, 24-26 August, 2001[C].]設計了一款懸臂梁支撐的平板差分電容式MEMS摩阻傳感器，其量程僅為0.1-2Pa，適用于低速風洞。2011年，Jessica Meloy等人[Experimental verification of a MEMS based skin friction sensor forquantitative wall shear stress measurement, 41st AIAA Fluid DynamicsConference and Exhibit, 27-30 June 2011, Honolulu, Hawaii[C].]設計了一款四梁支撐的梳齒電容式MEMS摩阻傳感器，其量程為0.1-5Pa，為了不破壞流場，浮動元件和梳齒電容必須暴露在風洞流場中，因此僅適用于氣體純度較高的低速風洞。許多應用場合要求在高超聲速風洞流場中進行表面摩擦阻力測試，目前高超聲速速風洞流場中模型表面摩擦阻力的測試還是采用傳統的微量摩阻天平。2010年，Joseph A. Schetz等人[Directmeasurement of skin friction in complex flows, 48th AIAA Aerospace SciencesMeeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition 4-7 January2010, Orlando, Florida [C].]研制了一款應變式微量摩阻天平，在Ma=4的高超聲速風洞流場中進行模型表面的摩擦阻力測量試驗，但這種微量天平靈敏度較低、溫度穩定性差、體積較大，不能用來精確測量飛行器表面摩阻的分布情況。此外，高超聲速風洞流場中法向載荷較大，對MEMS摩阻傳感器的設計和研制提出了更高的要求。