[發明專利]一種基于風致振動抑制機理的寬量程風速風向傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 202011207606.4
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112362898B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 葉一舟;萬樹;賀學鋒
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01P5/04
• 分類號: G01P5/04;G01P13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種具有風致振動抑制功能的寬量程風速風向傳感器，其特征在于：該傳感器包括柔性感風結構(1)，柔性填充材料(2)，壓敏電阻(3)，懸浮硅膜(4)，硅襯底(5)和絕緣層(6)，其中，柔性感風結構(1)具有風致振動抑制特性，在高風速下僅會發生穩定偏轉，不會發生風致振動現象；柔性填充材料(2)材料參數可調，可根據風速測量需求進行相應調整；壓敏電阻(3)由4個壓敏電阻組成，對稱放置于懸浮硅膜(4)表面；柔性填充材料(2)實現對懸浮硅膜(4)的整體包覆；柔性感風結構(1)與柔性填充材料(2)相結合，放置于懸浮硅膜(4)幾何中心上方；

當傳感器正常工作時，風吹過柔性感風結構(1)，由于該結構具有風致振動抑制功能，故柔性感風結構(1)將隨著風的大小和方向的不同，產生穩定的偏轉，該偏轉量經柔性填充材料(2)傳導至懸浮硅膜(4)，使懸浮硅膜(4)發生形變，該形變量最終由位于懸浮硅膜表面的壓敏電阻(3)完成力電轉換，由于柔性感風結構(1)呈現二維對稱特性，懸浮硅膜(4)表面的壓敏電阻(3)成正交放置，故通過對壓敏電阻(3)的狀態進行檢測，即可得到實時的風速風向信息。

2.一種如權利要求1所述的一種寬量程風速風向傳感器的制作方法，其特征在于：該方法包括如下步驟：

首先在SOI的器件層上生長壓敏電阻(3)，該壓敏電阻(3)可采用金屬薄膜淀積工藝制備于器件層表面，采用金屬薄膜淀積壓阻時，在器件層與金屬薄膜層間需要設置絕緣層(6)；然后，利用干法刻蝕工藝刻蝕SOI器件層與氧化絕緣層，露出硅襯底(5)；接著，利用濕法腐蝕工藝腐蝕硅襯底(5)，釋放器件層，形成懸浮硅膜(4)；最后，利用3D打印技術制備柔性感風結構模具，并在模具內部填充柔性填充材料(2)，將制備好的襯底結構放入，待柔性材料固化后，將整體結構放入配置的溶液中，即可去除3D打印模具，獲得柔性感風結構與硅基襯底一體化的寬量程風速風向傳感器。

3.根據權利要求2所述的一種寬量程風速風向傳感器的制作方法，其特征在于：柔性填充材料(2)與柔性感風結構(1)為一體化制備，不僅使用柔性材料制備了柔性感風結構，也同時實現了柔性感風結構與硅基檢測芯片的一體化集成與封裝。

4.根據權利要求2所述的一種寬量程風速風向傳感器的制作方法，其特征在于：柔性填充材料(2)與柔性感風結構(1)所用柔性材料性能可調，其中，通過對楊氏模量進行調制，可實現傳感器靈敏度與量程的可控調節。

5.根據權力要求2所述的一種寬量程風速風向傳感器的制作方法，其特征在于：傳感器封裝采用的模具可由3D打印技術制成具有亞微米精度的任意外形結構，也可采用機械加工方式制成特定結構，該模具在封裝完成后可由配置的溶液進行溶解，完成傳感器的釋放。