[发明专利]一种基于状态空间法的热式风速传感器宏模型提取方法

权利要求书

1.一种基于状态空间法的热式风速传感器宏模型提取方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)根据热式风速传感器的尺寸、结构、材料参数对热式风速传感器芯片进行三维建模以获得热式风速传感器模型；

2)将热式风速传感器模型包裹在设立的空气域中，对连同空气域在内的整体进行网格划分，将模型划分为若干节点，初始化空气域和模型的温度条件后进行有限元仿真，获得热式风速传感器模型的阶跃响应以及热式风速传感器加热单元和风速方向上测温单元的对流换热系数；

3)将步骤2)的对流换热系数进行拟合，获得对流换热系数和风速的关系多项式；

4)对热式风速传感器构建状态空间模型，所述状态空间模型的阶跃响应与风速为0时的热式风速传感器模型阶跃响应相同；

5)将步骤3)中得到的等效风速多项式与步骤4)得到的状态空间模型用Verilog-A语言耦合，获得热式风速传感器的宏模型，将其被cadence virtuoso封装为电路元件。

2.根据权利要求1所述的一种基于状态空间法的热式风速传感器宏模型提取方法，其特征在于，步骤1)中，热式风速传感器模型中包括衬底、加热单元和测温单元；加热单元和测温单元位于衬底上，并且，加热单元位于衬底的中央；测温单元分布在加热单元的上下左右四个方向上，其中，加热单元左侧的测温单元是上游测温单元，加热单元右侧的测温单元是下游测温单元。

3.根据权利要求1所述的一种基于状态空间法的热式风速传感器宏模型提取方法，其特征在于，步骤2)中，热式风速传感器模型位于空气域的中心位置，空气域与上游测温单元同方向的一面设置为入口，与下游测温单元同方向的一面设置为出口，风从入口进入出口流出，其余空气域的面为绝热壁，空气域内的空气为不可压缩流体，流动状态为层流。

4.根据权利要求1或3所述的一种基于状态空间法的热式风速传感器宏模型提取方法，其特征在于，步骤2)中，初始化的温度范围为：250-300K。

5.根据权利要求1所述的一种基于状态空间法的热式风速传感器宏模型提取方法，其特征在于，步骤2)中，求模型加热单元和测温单元表面中心点的对流换热系数时，对空气域的入口设置多组风速值，在加热单元上施加一个固定的功率，通过稳态仿真后获得相应的对流换热系数，所述风速值的范围为：0-30m/s。

6.根据权利要求1所述的一种基于状态空间法的热式风速传感器宏模型提取方法，其特征在于：步骤3)中，对流换热系数的拟合获得对流系数与速度的关系：

加热单元的对流换热系数的多项式：h_r＝a₀₁x⁵+a₀₂x⁴+a₀₃x³+a₀₄x²+a₀₅x+a₀₆；

上游测温单元的对流换热系数的多项式：h_w＝a₁₁x⁵+a₁₂x⁴+a₁₃x³+a₁₄x²+a₁₅x+a₁₆；

下游测温单元的对流换热系数多项式为：h_e＝a₂₁x⁵+a₂₂x⁴+a₂₃x³+a₂₄x²+a₂₅x+a₂₆，

其中，a₀₁,a₀₂…,a₂₆表示拟合系数。