[發明專利]基于仿生諧振毛發傳感器的旋轉陣列裝置

有效

• 申請號: 201910955369.0
• 申請日: 2019-10-09
• 公開（公告）號: CN110850111B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 楊波;張婷;梁卓玥
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01P5/24
• 分類號: G01P5/24;G01P13/02
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 薛雨妍

1.一種基于仿生諧振毛發傳感器的旋轉陣列裝置，其特征在于：由第一、二、三、四仿生諧振毛發傳感器（1-1、1-2、1-3、1-4）旋轉相鄰排布組成，整體結構呈“田”字型；

所述第一仿生諧振毛發傳感器（1-1）由上層的第一毛發結構（2-1）和下層的第一硅微傳感器結構（3-1）組成，所述第二仿生諧振毛發傳感器（1-2）由上層的第二毛發結構（2-2）和下層的第二硅微傳感器結構（3-2）組成，所述第三仿生諧振毛發傳感器（1-3）由上層的第三毛發結構（2-3）和下層的第三硅微傳感器結構（3-3）組成，所述第四仿生諧振毛發傳感器（1-4）由上層的第四毛發結構（2-4）和下層的第四硅微傳感器結構（3-4）組成；

其中第一仿生諧振毛發傳感器（1-1）位于旋轉陣列裝置的左下角，沿X軸正方向與第四仿生諧振毛發傳感器（1-4）并列，沿Y軸正方向與第二仿生諧振毛發傳感器（1-2）并列；第二仿生諧振毛發傳感器（1-2）位于旋轉陣列裝置的左上角，沿X軸正方向與第三仿生諧振毛發傳感器（1-3）并列，沿Y軸負方向與第一仿生諧振毛發傳感器（1-1）并列；第三仿生諧振毛發傳感器（1-3）位于旋轉陣列裝置的右上角，沿X軸負方向與第二仿生諧振毛發傳感器（1-2）并列，沿Y軸負方向與第四仿生諧振毛發傳感器（1-4）并列；第四仿生諧振毛發傳感器（1-4）位于旋轉陣列裝置的右下角，沿X軸負方向與第一仿生諧振毛發傳感器（1-1）并列，沿Y軸正方向與第三仿生諧振毛發傳感器（1-3）并列；第三毛發結構（2-3）與第一毛發結構（2-1）分別位于旋轉陣列裝置的上下邊緣，同時對沿X軸方向的流速敏感；第二毛發結構（2-2）與第四毛發結構（2-4）分別位于旋轉陣列裝置的左右邊緣，同時對沿Y軸方向的流速敏感;

其中第一硅微傳感器結構（3-1）位于旋轉陣列裝置的左下角，第二硅微傳感器結構（3-2）位于旋轉陣列裝置的左上角，第三硅微傳感器結構（3-3）位于旋轉陣列裝置的右上角，第四硅微傳感器結構（3-4）位于旋轉陣列裝置的右下角；

其中第一、二、三、四仿生諧振毛發傳感器（1-1、1-2、1-3、1-4）的四路輸出信號由控制系統測得，經由最大似然估計法處理，可以敏感平面內任意流速的大小和方向；

所述最大似然估計法的求解過程由兩部分組成：前端運算過程（9）和后端解調過程（10）；所述前端運算過程由差分過程（11）、累加過程（12）和均值過程（13）組成；

所述差分過程（11）為：控制系統輸出的四路頻率信號兩兩相減，第一路輸出信號與第三路輸出信號相減，第二路輸出信號與第四路輸出信號相減；所述累加過程（12）為：將得到的兩組差分信號做累加運算，累加次數由控制系統設定；所述均值過程（13）為：將累加后的數值除以二倍的累加次數；

所述后端解調過程（10）由流速大小解調過程（14）和入射角度解調過程（15）組成；所述流速大小解調過程（14）為：將前端運算過程（9）得到兩組數值分別平方后求和，再開根號，即可得到當前流速大小；所述流速方向解調過程（15）為：將前端運算過程（9）得到兩組數值以及流速大小解調過程所求得的當前流速大小解調得到入射角度；

其中第一硅微傳感器結構（3-1）的第三、四擺動抑制彈性結構（6-1c、6-1d）與第二硅微傳感器結構（3-2）的第五、六擺動抑制彈性結構（6-2a、6-2b）相鄰，第二硅微傳感器結構（3-2）的第五、八擺動抑制彈性結構（6-2a、6-2d）與第三硅微傳感器結構（3-3）的第十、十一擺動抑制彈性結構（6-3b、6-3c）相鄰，第三硅微傳感器結構（3-3）的第九、十擺動抑制彈性結構（6-3a、6-3b）與第四硅微傳感器結構（3-4）的第十五、十六擺動抑制彈性結構（6-4c、6-4d）相鄰，第四硅微傳感器結構（3-4）的第十四、十五擺動抑制彈性結構（6-4b、6-4c）與第一硅微傳感器結構（3-1）的第一、四擺動抑制彈性結構（6-1a、6-1d）相鄰。

2.根據權利要求1所述的一種基于仿生諧振毛發傳感器的旋轉陣列裝置，其特征在于:其中第一硅微傳感器結構（3-1）上的第一旋轉中心（7-1）位于第一底座質量塊（8-1）的上端頂部，第一底座質量塊（8-1）的內部放置左、右對稱的第一、二杠桿機構（5-1a、5-1b）及第一、二雙端固定音叉諧振器子結構（4-1a、4-1b），第一、二、三、四擺動抑制彈性結構（6-1a、6-1b、6-1c、6-1d）分別布置在第一底座質量塊（8-1）的右下，左下，左上，右上四個頂點處；

第二硅微傳感器結構（3-2）的第二旋轉中心（7-2）位于第二底座質量塊（8-2）的右端頂部，第二底座質量塊（8-2）的內部放置上、下對稱的第三、四杠桿機構（5-2a、5-2b）及第三、四雙端固定音叉諧振器子結構（4-2a、4-2b），第五、六、七、八擺動抑制彈性結構（6-2a、6-2b、6-2c、6-2d）分別布置在第二底座質量塊（8-2）的右下，左下，左上，右上四個頂點處；

第三硅微傳感器結構（3-3）的第三旋轉中心（7-3）位于第三底座質量塊（8-3）的下端底部，第三底座質量塊（8-3）的內部放置左、右對稱的第五、六杠桿機構（5-3a、5-3b）及第五、六雙端固定音叉諧振器子結構（4-3a、4-3b），第九、十、十一、十二擺動抑制彈性結構（6-3a、6-3b、6-3c、6-3d）分別布置在第三底座質量塊（8-3）的右下，左下，左上，右上四個頂點處；

第四硅微傳感器結構（3-4）的第四旋轉中心（7-4）位于第四底座質量塊（8-4）的左端頂部，第四底座質量塊（8-4）的內部放置上、下對稱的第七、八杠桿機構（5-4a、5-4b）及第七、八雙端固定音叉諧振器子結構（4-4a、4-4b），第十三、十四、十五、十六擺動抑制彈性結構（6-4a、6-4b、6-4c、6-4d）分別布置在第四底座質量塊（8-4）右下，左下，左上，右上四個頂點處。