隔热背腔式柔性热膜探头的设计及其微加工.pdf

《隔热背腔式柔性热膜探头的设计及其微加工.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第4卷第3期2013年8月航空工程进展ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGlNEERINGVoI．4No．3Aug．2013文章编号：1674—8190(2013)03—327一06隔热背腔式柔性热膜探头的设计及其微加工马炳和，郝日鹏，邓进军，朱鹏飞(西北工业大学空天微纳系统教育部重点实验室，西安710072)摘要：为了进一步提高器件性能，设计一种新型隔热背腔式柔性热膜传感器探头结构。借助流体传热耦合仿真和动态响应分析等，确定背腔结构参数；研发针对隔热背腔式柔性热膜探头的双面图形化微加工工艺，获得新型传感器件。对静／动态特性进行对比测试，结果表明：在

2、相同的输入被测量情况下，新结构器件的输出信号量值提高了20％，时问常数由400ps减小到220弘s，器件的灵敏度和动态响应性能都获得了有效提升。关键词：柔性热膜；隔热背腔；仿真；微加工中图分类号：TP212；V261文献标识码：ADesignandMicromachiningofFlexibleHotFilmSensorwithInsulatingCaVityUnderneathMaBinghe，HaoRipeng，DengJinjun，ZhuPengfei(KeyLaboratoryofMicro／NanoSystemsforAerospaceoftheMinistryofEduc

3、ation，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Toimprovethesensitivityanddynamicperformance，presentedanewtypeoffleXiblehotfilmsensorwithacavityundemeathforthermalinsulation．WithFVMsimulationanddynamicperformanceanalysis，thestructuralparametersofthecavityweredetermined．Thed

4、oublesidemicromachiningprocessesofflexiblehotfilmsensorwiththecavityunderneathwereproposed．Thestaticanddynamicperformanceoftwokindsofsensorwerestudiedinwindtunnel．Comparedwiththesensorwithoutcavity，thenewsensorshows20％outputincreasewiththesameinputandtimeconstantdropfrom400psto220肛s．Thismeanshi

5、ghersensitivityanddynamicresponsespeedwereobtained．Keywords：fIexiblehotfilm；insulatingcavity；simulation；micromachining0引言采用微加工工艺制作的柔性热膜探头具有尺寸小、功耗低、易于分布式测量等优点。将其置于流体边界层内，通过与被测运动流体换热可以实现流体流速、温度、壁面剪应力等流动参数的非破坏性测量，在航空航天、河海工程、工业控制以及热式收稿日期：2012—12一05；修回日期：2013一02—25基金项目：国家自然科学基金(50775188)通信作者：郝日鹏，hao

6、ripeng@163．com流量计等流动测量领域具有广阔的应用前景。国内外竞相开展研究，马炳和等[11研发了聚酰亚胺基全柔性热膜微探头阵列，U．Schmid等‘21研究了柔性热膜风速计背引线技术，Tan等[33研究了柔性热膜式流量计技术。UrichBuder等n3在聚酰亚胺基底上通过正面刻腔形成壁面热敏传感器来提高器件性能，然而这样做会导致器件强度下降，丧失了热膜相对热线而言更耐振动冲击的优良特性。为了进一步提高传感性能，本文设计加工一种新型具有隔热背腔结构的柔性热膜传感探头，测试表明其输出信号量值、灵敏度、动态特性均得到了有效提高。328航空工程进展第4卷隔热背腔结构参数设计柔性热

7、膜探头一般基于热平衡原理来间接感测流速、壁面剪应力等流动参数，热敏元件施加驱动电流产生焦耳热和温升，其热量散失主要分为两部分：一部分通过强制对流换热形式传递给运动流体，属于敏感探测有效散热，其所占比例越大，越有利于提高器件敏感性能和响应速度[51；另一部分以热传导形式从热敏元件散失到衬底，虽然聚合物基底相对于陶瓷等无机物基底而言，这部分散热会显著减小，但却不可忽略，需要采用各种措施尽可能地加以抑制。本文提出在柔性衬底上设计加工专门的隔热背腔结构，以有效降低