[发明专利]一种微型测风单元交叉封装式风速风向传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感技术，特别是微型测风单元交叉封装式风速风向传感器。

背景技术

风速风向是气象观测中一个重要的信息参数，对于国防航空、气象环境、交通运输、工业制造、农业生产等有重要的作用。风速风向信息是对阴晴雨雪这样的天气的预测的一个重要的参数，可以为环境监测、经济发展，渔业农业的生产安排，修正航天器的飞行参数提供依据。

常规的风速风向传感器主要有风杯风向标测风传感器、压力式测风传感器、超声式测风传感器、微波式测风传感器、压差式测风传感器、离子式测风传感器、激光式测风传感器等。虽然在这些传感器中，有些具有非常大的测量范围、有些精度非常高等特点，但是都具有体积大的缺点。随着MEMS技术的发展，在国防航空、气象环境、交通运输、工业制造、农业生产领域中迫切需要具有体积小，重量轻，成本低的特点的MEMS微型风向风速传感器。

目前，国内外微型测风传感器主要有热式测风传感器和力式测风传感器两种，其中用的最多的是热式测风传感器。

热式测风传感器是基于热源在风流流过后产生的热梯度的原理来测量风速和风向。随着风速的变化，向风中传递的热量也在变化，引起热源热梯度的变化，通过电路处理测温热敏电阻阻值的变化能够得到风的信息。该类传感器体积最小，结构简单，可集成，成本低，应用最广泛，缺点是精度低，高风速测量不稳定，功耗大。

力式测风传感器是基于风作用于敏感结构，引起敏感结构的形变的原理来测量风速和风向，通过测量敏感结构的形变获得风速风向信息。随着风速的变化，风施加在敏感结构上的力变化，引起敏感结构形变的变化，通过电路检测敏感结构形变的变化，能够得到风的信息。该类传感器体积小，结构相对复杂，成本较低，缺点是风向的测量只能实现正反两个方向。

目前国内外微型风速风向传感器中热式测风传感器缺点是精度低，高风速测量不稳定，功耗大；力式测风传感器缺点是风向的测量只能实现正反两个方向。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术所存在的问题，提供一种风速风向可以同时测量的测风单元交叉封装式风速风向传感器。

为了实现上述的目的，本发明的技术解决方案是：

一种微型测风单元交叉封装式风速风向传感器，其包括多数个独立的微型薄板式测风单元，多数个测风单元以Y-Y’为中轴上下交叉封装；

每个独立的微型薄板式测风单元包括：支撑体、薄板、敏感梁、应变传感器，其中，

外边框为传感器的支撑体；支撑体内侧边向框内伸进平行或者垂直于轴Y-Y’的至少一根长条状敏感梁，敏感梁另一端固接有薄板，薄板与支撑体相适配；

应变传感器固置在敏感梁上，位于敏感梁的一侧表面，引出线置于在支撑体上。

所述的传感器，其所述以Y-Y’为中轴上下交叉封装，是相邻的独立测风单元以支撑体上下或下上以Y-Y’为中轴交叉固接。

所述的传感器，其所述交叉封装中独立测风单元的个数M及各个独立测风单元相互之间的夹角θ，根据具体使用要求确定。

所述的传感器，其所述薄板的形状为正方形或长方形或圆型。

所述的传感器，其所述多个长条状敏感梁的数目N根据具体使用要求确定。

所述的传感器，其所述平行或者垂直于轴Y-Y’的至少一根长条状敏感梁以Y-Y’轴为中心轴，在中心轴两边对称排列。

所述的传感器，其所述应变传感器的形状为蛇形，大小与敏感梁的形状相适配。

所述的传感器，其所述的应变传感器的电气连接方式可以为单个电阻、电桥、电容。

本发明的优点：风速风向可以同时测量；利用微电子机械系统(MEMS)技术将器件制作得很小(可以小于30毫米×15毫米×15毫米)；采用MEMS技术，降低器件的成本，减小器件的功耗。

附图说明

图1示出本发明微型薄板式测风单元交叉封装式风速风向传感器交叉封装示意图；

图2示出本发明微型薄板式测风单元交叉封装式风速风向传感器单个测风单元示意图；

图3示出本发明微型薄板式测风单元交叉封装式风速风向传感器单个测风单元俯视图；

图4示出本发明微型薄板式测风单元交叉封装式风速风向传感器单个测风单元剖面图。

具体实施方式

本发明的技术方案：风吹过微型薄板会导致敏感梁结构的弯曲，敏感梁上的应变传感器将这种弯曲形变转变为某一种电学参量(例如：电压差)的变化，通过将独立的测风单元交叉封装可以同时获得风速风向的信息。具体原理如下：

风作用于薄板的力F是薄板长度的函数F(y)，敏感梁所受的力矩T如下式所示。