基于MEMS的固态风速风向传感器及其最优结构参数.pdf

《基于MEMS的固态风速风向传感器及其最优结构参数.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24卷第3期传感技术学报Vo1．24No．32011年3月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSMar．2011MEMS-BasedSolidStateWindVelocity-DirectionSensorandItsBestStructuralParameterYANGFan，ZHAOZhanh，DULidong，1．TheStateKeyLaboratoryofTechnology，InstituteofElectronics，ChineseAcademyofScience，Beijing100190，China．、＼2

2、．GraduateUniversity，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China，Abstract：Basedonthetheoreticalanalysisofcolumncircuitousflow，thepressuredistributionequationaroundthecolumnwasachieved，andanovelMEMS．basedsolidstatewindvelocityanddirectionsensorstructurewasdeveloped．Thetheoreticalmode

3、lofinternalflowwasestablishedandthesensor’Sbeststructuralparameterwascal—culated．ItisfeasibletomeasurethedirectionofthewindbyperpendicularlyencapsulatingwithMEMSwindvelocitysensor，andthesensorwithmulti．channelstructurehasacharacteristicofhigherprecision．Keywords：physicalsensor；struc

4、turalparameter；columncircuitousflow；windvelocity—directionsensor；MEMSEEACC：723O；732OEdoi：10．3969／j．issn．1004-1699．2011．03．006基于MEMS的固态风速风向传感器及其最优结构参数木杨帆，赵湛，杜利东，1．中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室，北京100190；、＼2．中国科学院研究生院，北京100190／摘要：基于圆柱绕流的理论分析给出圆柱体周边压强分布方程，并据此提}IJ了一种新型的基于MEMS的固态风速风向传感器结构。建立了其内部

5、流体流动的理论模型，并利用该模型进行数值计算得到了这种传感器的最优结构参数。分析表明，利用相互正交的MEMS风速传感器测量风向是可行的，并且具有多个通风孔结构的传感器可以有更高的精度。关键词：物理量传感器；结构参数；圆柱绕流；风速风向传感器；MEMS中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1004—1699(2011)03—0342—04风速和风向是气象资料中非常重要的组成部较大误差。文献[3]提出了一种有多个通风口的传分。传统的测量方法是用风杯来测量风速，风标来感器结构，这种结构显然要比文献[2]中的好得多。测量风向，但是这些机械装置体积较大，且有转动

6、部但文献[3]没有为这种传感器建立理论模型以指出件易出故障⋯。近年来MEMS技术的发展为风速其最优结构参数，其气流通路也显得过于复杂。本风向传感器提供了更多的解决方案，可以利用文对圆柱体绕流问题进行了理论分析，提出一种较MEMS芯片设计更精确更稳定的新型传感器。文献为简单的有多个通风口的固态风速风向传感器，为[2]中提到的传感器结构是在圆柱体上打两个相互其建立理论模型，并且计算出了这种固态风速风向正交的通孔，每个孔的中间放置一个MEMS风速传传感器理论上最优的设计参数。感器芯片，若两个传感器测到的风速分别为，，l圆柱绕流则实际风速和风向就可以近似的表示为：1．

7、1理想圆柱绕流理论=arctan()。将无限长的圆柱体放置在均流中，就是圆柱绕但这种传感器精确度不够理想，主要原因是实流问题。际情况下圆柱体周边压强分布与标准的余弦曲线有理想状态下，均流叠加偶极子组合，就会形成圆项目来源：国家重大基础研究项目(201lCB302104)收稿日期：2010—08—25修改日期：2010—10—15第3期杨帆，赵湛等：基于MEMS的固态风速风向传感器及其最优结构参数343柱流线。设均流速度为Vo(方向沿轴正向)和放VoPS一+十：十+(9)置在原点的偶极子(强度为M，源至汇方向为轴正PP向)相叠加，他们的复合流场的复势为其中P代表

8、流体密度，代表无穷远处的压)=·I(M