[发明专利]一种热膜式火星表面风场测量传感器

权利要求书

1.一种热膜式火星表面风场测量传感器，其特征在于：包括壳体(1)、嵌在所述壳体(1)顶部的风场传感器敏感端(2)、设置在所述壳体(1)底部的传感器电缆接插件(3)和固定在所述壳体(1)内壁连接所述风场传感器敏感端(2)、所述传感器电缆接插件(3)的信号电缆(4)；

所述风场传感器敏感端(2)包括嵌在所述壳体(1)顶部与所述信号电缆(4)连接的转接PCB板(21)，固定在所述转接PCB板(21)上表面的隔热基座(22)，固定在所述隔热基座(22)顶部的敏感芯片(23)和连接所述转接PCB板(21)、所述敏感芯片(23)的金丝(24)；

所述敏感芯片(23)包括基底(231)和使用MEMS工艺制备在所述基底(231)上表面的测温电阻(232)、加热电阻(233)、接地电阻(234)，所述测温电阻(232)、所述加热电阻(233)和所述接地电阻(234)均通过所述金丝(24)与所述转接PCB板(21)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种热膜式火星表面风场测量传感器，其特征在于：所述测温电阻(232)和所述加热电阻(233)与后端信号调理电路形成闭环温度控制，所述接地电阻(234)与机械地电连接，所述接地电阻(234)用于减小风场测量传感器的噪声水平；

所述风场测量传感器测量风速的方法为：对所述加热电阻(233)施加加热功率，通过所述测温电阻(232)进行闭环温度控制，使所述敏感芯片(23)同环境温度具有恒定温差△T，根据所述敏感芯片(23)同环境维持恒定温差△T所需的加热功率获得风速信息。

3.根据权利要求2所述的一种热膜式火星表面风场测量传感器，其特征在于：所述隔热基座(22)和所述敏感芯片(23)共四组、组成2×2阵列，相邻两个所述敏感芯片(23)的间距均相同；

所述风场测量传感器测量风向的方法为：对所述加热电阻(233)施加加热功率，并通过所述测温电阻(232)进行闭环温度控制，使所述敏感芯片(23)同环境温度具有恒定温差△T；

待测风场的风流过四个所述敏感芯片(23)，根据每个所述敏感芯片(23)维持所述恒定温差△T所需功率的差异关系获得风向信息。

4.根据权利要求1所述的一种热膜式火星表面风场测量传感器，其特征在于：所述敏感芯片(23)与地面的夹角为0～20°。

5.根据权利要求1所述的一种热膜式火星表面风场测量传感器，其特征在于：所述敏感芯片(23)的材料为单晶硅、厚度为0.3～0.4μm、表面尺寸为1.5×1.5mm，所述测温电阻(232)、所述加热电阻(233)和所述接地电阻(234)均为薄膜铂电阻并使用溅射、光刻、腐蚀制备在所述敏感芯片(23)的上表面。

6.根据权利要求1所述的一种热膜式火星表面风场测量传感器，其特征在于：所述敏感芯片(23)表面沉积Al₂O₃或SiO₂薄膜。

7.根据权利要求1所述的一种热膜式火星表面风场测量传感器，其特征在于：所述壳体(1)为铝合金圆柱形结构、顶面开槽，所述转接PCB板(21)设置在槽内、上表面同所述壳体(1)的顶面齐平，所述壳体(1)的上表面边缘位置倒圆角。

8.根据权利要求1所述的一种热膜式火星表面风场测量传感器，其特征在于：所述隔热基座(22)包括四条支撑柱、材料为聚酰亚胺，所述隔热基座(22)的底部使用低温胶同所述转接PCB板(21)固定，所述敏感芯片(23)使用低温胶固定在所述隔热基座(22)上表面。

9.根据权利要求1所述的一种热膜式火星表面风场测量传感器，其特征在于：所述金丝(24)通过球焊法连接所述转接PCB板(21)和所述敏感芯片(23)，每个焊盘均采用双点双线。

10.根据权利要求1所述的一种热膜式火星表面风场测量传感器，其特征在于：所述信号电缆(4)通过低温胶固定在所述壳体(1)的内壁。