资源描述：
《一种小量程风速风向传感器的设计》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1期No.12009年3月风向风速仪http://www.grainyq.com/product/662.htmlMar.2009一种小量程风速风向传感器的设计韩有君,王晓蕾,施健康,慕新仓(解放军理工大学气象学院,南京211101)摘要:设计了一种基于微机械加工技术的风速风向传感器,传感器由四个相互正交的电容器构成,每个电容器包括可动极板和固定极板,此结构将风速和风向信息转换为可动极板的位移,通过测量四个电容器的电容来检测风速和风向。基于流体力学原理对传感器进行了分析,理论计算了传感器的输出电容和风速风向
2、之间的变化关系,为传感器设计了一套基于MEMS的加工工艺流程。关键词:风速风向;MEMS;微机械;电容中图分类号:TP212.1文献标识码:A文章编号:1006-009X(2009)01-0001-04DesignofasmallmeasurablerangewindspeedanddirectionsensorHanYoujun,WangXiaolei,ShiJiankang,MuXincang(InstituteofMeteorology,PLAUniv.ofSci.&Tech.,Nanjing21110
3、1)Abstract:Basedonbulkmicromachiningtechnology,anovelcapacitivewindspeedanddirectionsensorwhichconsistsoffourorthogonalcapacitorswasdesigned.Eachcapacitorwascomposedofamovableplateandafixedplate,thedesignedstructureconvertswindspeedanddirectiontothedisplace
4、mentofmovableplateandtheinformationofwindspeedanddirectionwasobtainedbyusingthemeasurementofoutputcapacitance.Thedesignedsensorwasanalyzedbasedonfluidmechanicsprinciple,therelationshipbetweenoutputcapacitanceandtheinformationofwindspeedanddirectionwastheore
5、ticallycalculated.ThefabricationprocessbasedonMEMSwasalsodesignedfortheproposedsensor.Keywords:windspeedanddirection;MEMS;micromachining;capacitivesensing功耗大、衬底的热传导会导致测量误差、零点随环0引言境温度漂移、响应时间长、高风速测量不稳定。非风速和风向参数是气象观测的基本要素。基热式微型测风传感器是把风速信息转化为拖动[2][3][4][5][6]于M
6、EMS(MicroElectroMechanicalSystems)的力、升力、压差、振动、粘滞力等信息,微型测风传感器具有体积小、重量轻、成本低和灵再检测由此带来的形变信息来检测风速,通过传[7]敏度高等优点,可以满足航空航天、航海和环境气感器的二次封装来实现风向的测量,非热式微象信息探测等领域对传感器的迫切需求。微型测型测风传感器具有功率小,热损耗低等特点,主要[1]风传感器的研制主要集中在热式原理上,热式缺点是难以实现风速风向的单片测量。微型测风传感器具有测量简单、工艺易控制、应用本文设计了一种基于ME
7、MS的新型风速风广泛、可实现风速风向的单片测量等优点,缺点是向传感器,该传感器属于非热式微型测风传感器,收稿日期:2008-10-08.作者简介:韩有君(1984-)男在读硕士研究方向:MEMS风速风向传感器的设计与制作#2#风速风向记录仪http://www.grainyq.com/Instrument_more/yq_82_1.htmlMar.2009可用于小量程风速测量,具有结构简单、可同时测板和固定极板的相对面积,d0是风速为零时可动量风速和风向等特点。极板和固定极板的间距,E为二极板间介质的介电常数
8、,这里极板间的介质为空气。1传感器结构和工作原理[8]根据流体力学原理,流体绕经物体时,其作图1是传感器的三维结构图。传感器包含4用在物体上的压力可用绕流阻力来计算,根据流个相互正交的电容器,每个电容器由可动极板、固体力学的绕流阻力公式,有:定极板、支撑体和引出电极构成。可动极板、固定12dF(x)=CDQu(x)hdx(2)2极板和支撑体为MEMS体硅工艺制作的微结构,式中:F(x)为绕流阻力沿可
