[發(fā)明專利]一種二維熱溫差型風速傳感器及其環(huán)境自補償方法

在審

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• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN109655630A
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發(fā)明（設計）人: 趙文杰;徐丹;陳寅生;劉叢寧;李鵬飛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01P1/00
• 分類號: G01P1/00;G01P1/02;G01P5/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高倩

一種二維熱溫差型風速傳感器及其環(huán)境自補償方法，屬于風速傳感器領域，解決了現(xiàn)有氮化鋁基的熱溫差型風速傳感器的檢測速率較低的問題。傳感器：在低熱導率的襯底上鋪設有導熱介質(zhì)層，加熱電極、四個溫度探測電極和兩個環(huán)境溫度自補償電極均設置在導熱介質(zhì)層上。方形的加熱電極本體設置在導熱介質(zhì)層的中心，四個扇形的溫度探測電極本體分別設置在加熱電極本體的四周，兩個環(huán)境溫度自補償電極本體分別設置在導熱介質(zhì)層的相對的兩個邊緣處。每個電極本體均設置有兩個引出電極。環(huán)境自補償方法：根據(jù)兩個環(huán)境溫度自補償電極的電阻值確定環(huán)境溫度值，根據(jù)環(huán)境溫度值的變化，調(diào)節(jié)加熱電極兩端的電壓頻率，使所述風速傳感器的溫度場恒定。

技術領域

本發(fā)明涉及一種風速傳感器，特別涉及一種二維熱溫差型風速傳感器及其環(huán)境自補償方法。

背景技術

風速傳感器被廣泛地應用于風力發(fā)電、礦山通風、太陽能發(fā)電風向控制和氣體流量監(jiān)測等領域。近年來，隨著MEMS技術的不斷發(fā)展，熱溫差型風速傳感器也取得了新的突破和發(fā)展。

授權公告號為CN 102998479 B的中國發(fā)明專利公開了一種氮化鋁基集成陣列結構的二維風速風向傳感器，屬于熱溫差型風速傳感器。該傳感器解決了集成熱溫差原理的風速傳感器采用硅基襯底工藝復雜、開發(fā)成本較高、傳感器響應速率慢和機械性能差的缺點。

然而，這種氮化鋁基的熱溫差型風速傳感器因采用高熱導率的氮化鋁陶瓷材料作為襯底而使得自身的縱向熱傳導損耗增大，進而導致其檢測速率較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有氮化鋁基的熱溫差型風速傳感器的檢測速率較低的問題，提出了一種二維熱溫差型風速傳感器及其環(huán)境自補償方法。

本發(fā)明所述的二維熱溫差型風速傳感器包括襯底1、加熱電極2、四個溫度探測電極3、四個熱隔離槽4和兩個環(huán)境溫度自補償電極5；

襯底1為八邊形且采用低熱導率材料制成，在襯底1的頂面上鋪設有導熱介質(zhì)層6，加熱電極2、四個溫度探測電極3和兩個環(huán)境溫度自補償電極5均設置在導熱介質(zhì)層6上；

加熱電極2包括加熱電極本體2-1和兩個引出電極2-2，加熱電極本體2-1為方形盤繞螺旋結構，設置在導熱介質(zhì)層6的中心位置，兩個引出電極2-2分別從加熱電極本體2-1的第一外接端和第二外接端引出并延伸至導熱介質(zhì)層6的邊緣；

每個溫度探測電極3均包括溫度探測電極本體3-1和兩個引出電極3-2，溫度探測電極本體3-1包括兩個蛇形繞制結構，兩個蛇形繞制結構呈軸對稱布置成扇形結構，兩個蛇形繞制結構的第一外接端互連，兩個引出電極3-2分別從兩個蛇形繞制結構的第二外接端引出并延伸至導熱介質(zhì)層6的邊緣；

對于四個溫度探測電極3，四個溫度探測電極本體3-1的小端分別與加熱電極本體2-1的四條邊相對設置，四個熱隔離槽4分別設置在四個溫度探測電極本體3-1與加熱電極本體2-1之間，每個熱隔離槽4的槽口均位于導熱介質(zhì)層6的頂面上，槽底均位于襯底1內(nèi)；

每個環(huán)境溫度自補償電極5均包括環(huán)境溫度自補償電極本體5-1和兩個引出電極5-2，兩個引出電極5-2經(jīng)環(huán)境溫度自補償電極本體5-1的第一外接端和第二外接端引出并延伸至導熱介質(zhì)層6的邊緣；

對于兩個環(huán)境溫度自補償電極5，兩個環(huán)境溫度自補償電極本體5-1分別位于導熱介質(zhì)層6的相對的兩個邊緣處。

作為優(yōu)選的是，導熱介質(zhì)層6的八條邊包括四條長邊和四條短邊，短邊與長邊交替布置且合圍成八邊形；

每個引出電極的遠離對應電極本體的一端為其外接端；