一種磁式類蝎子蠱毛流速流向傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于流速流向傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種磁式類蝎子蠱毛流速流向傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]精確測(cè)量流體的微流速流向具有十分重要的意義。例如精確測(cè)量流體的流速流向可以為監(jiān)測(cè)大氣和海洋環(huán)境提供必要的分析數(shù)據(jù);對(duì)人體血管內(nèi)血液的微流速流向的監(jiān)測(cè)能夠?yàn)闄z測(cè)人體健康提供必要的分析數(shù)據(jù);可以利用氣流對(duì)智能手機(jī)進(jìn)行一些必要的操控;保持飛船艙內(nèi)的壓力正常，需要對(duì)艙體進(jìn)行檢漏，精確檢測(cè)出微小泄露流速可以有效的計(jì)算漏率和漏量，這對(duì)長(zhǎng)期運(yùn)行的載人飛船尤為重要；電子工業(yè)和精細(xì)化工工業(yè)中，要求精確控制流體以一定的流速注入，以保證工藝質(zhì)量和產(chǎn)品性能的穩(wěn)定。
[0003]目前，主要的氣體流量檢測(cè)方法有:機(jī)械式氣體流量檢測(cè)(包括膜式氣體流量檢測(cè)和渦輪式氣體流量檢測(cè))、熱線熱膜式氣體流量檢測(cè)(HWA)(包括熱線儀和基于微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的熱式氣體質(zhì)量流量檢測(cè))、超聲和激光多譜勒流速流量檢測(cè)方法等。但是以上方法在實(shí)際應(yīng)用過程中還存在一定的問題:機(jī)械式檢測(cè)精度低、裝置易老化且受溫度影響大;HffA式檢測(cè)時(shí)必須對(duì)傳感器芯片電加熱，因而功耗大且不適用于易燃易爆氣體的檢測(cè)；超聲和激光多譜勒流速流量檢測(cè)設(shè)備復(fù)雜價(jià)格昂貴，一般在精密測(cè)量實(shí)驗(yàn)室或標(biāo)定其它流速計(jì)時(shí)使用，并且激光多普勒不適宜測(cè)量?jī)艋g的微流速。所以，研究具有靈敏度高、經(jīng)濟(jì)性好、穩(wěn)定性好、以及抗干擾強(qiáng)的微流量檢測(cè)裝置具有重要的學(xué)術(shù)意義和廣闊的工程前景。
[0004]生物在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過程中形成了很多巧妙的結(jié)構(gòu)，為仿生研究提供了優(yōu)秀的藍(lán)本。蝎子螯肢表面的蠱毛對(duì)周邊空氣極其微小的流量所具有的敏銳的感知能力，為仿生高靈敏的微流量檢測(cè)裝置的創(chuàng)成提供了很好的借鑒。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種磁式類蝎子蠱毛流速流向傳感器，其適用于各種氣體流速流向(O?lm/s)的檢測(cè)，其靈敏性高、精度高、體積小經(jīng)濟(jì)性好，并且易于批量生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明是在對(duì)蝎子蠱毛體表流量感器感知機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，研發(fā)的氣體微流速流向檢測(cè)裝置。
[0007]本發(fā)明是由高縱深比類蠱毛桿、磁鐵、平面電極、導(dǎo)電弧形底座、電極引線和磁場(chǎng)支座組成，電極引線包括有第一電極引線和第二電極引線，高縱深比類蠱毛桿、磁鐵和導(dǎo)電弧形底座依次裝配成一體，形成類蠱毛結(jié)構(gòu)，磁場(chǎng)支座表面具有八個(gè)平面電極，導(dǎo)電弧形底座置于磁場(chǎng)支座上，八個(gè)平面電極各引出第一電極引線導(dǎo)電弧形底座引出第二電極引線。
[0008]當(dāng)有微小流量的氣體流過，高縱深比類蠱毛桿受到氣流的摩擦力和阻力，使高縱深比類蠱毛相對(duì)磁場(chǎng)支座發(fā)生偏轉(zhuǎn)。此時(shí)導(dǎo)電弧形底座與平面電極相接觸成為回路，由于偏轉(zhuǎn)角度不同，所形成電路通路的電阻不相同，偏角越大，電阻越大，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體流速的測(cè)量。不同的偏轉(zhuǎn)方向接觸的平面電極不同從而實(shí)現(xiàn)對(duì)流體流速的方向檢測(cè)，平面電極的數(shù)目可以增加到盡可能多個(gè)，從而實(shí)現(xiàn)任意方向的流體流向檢測(cè)。
[0009]所述的高縱深比類蠱毛桿表面通過蝕刻或噴涂的方法形成非光滑表面以增大與空氣的接觸力，其縱深比(長(zhǎng)度與直徑的比)為50?200;高縱深比類蠱毛桿由輕質(zhì)剛度大的材料制成。導(dǎo)電弧形底座由導(dǎo)電材料制成，平面電極可以由普通的金屬材料加工而成。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
[0011]本發(fā)明是一種磁式類蝎子蠱毛流速流向傳感器，由MEMS技術(shù)加工而成，當(dāng)高縱深比類蠱毛桿擺動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電弧形底座與平面電極形成回路，以檢測(cè)電阻變化為表征手段，從而使得其具有靈敏度高、工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好，適合批量化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0012]圖1本發(fā)明的主視圖。
[0013]圖2本發(fā)明的俯視圖。
[0014]圖3本發(fā)明測(cè)量流速流向時(shí)的狀態(tài)圖。
[0015]圖4本發(fā)明測(cè)量流速流向時(shí)的原理圖。
[0016]其中:I一高縱深比類蠱毛桿;2—磁鐵;3—平面電極;4一導(dǎo)電弧形底座；5—電極引線;6—磁場(chǎng)支座。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1和圖2所示，本實(shí)施例是由高縱深比類蠱毛桿1、磁鐵2、平面電極3、導(dǎo)電弧形底座4、電極引線5和磁場(chǎng)支座6組成，電極引線5包括有第一電極引線5a和第二電極引線5b，高縱深比類蠱毛桿1、磁鐵2和導(dǎo)電弧形底座4依次裝配成一體，形成類蠱毛結(jié)構(gòu)，磁場(chǎng)支座6表面具有八個(gè)平面電極3，導(dǎo)電弧形底座4置于磁場(chǎng)支座6上，八個(gè)平面電極3各引出第一電極引線5a導(dǎo)電弧形底座4引出第二電極引線5b。
[0018]所述的高縱深比類蠱毛桿I由輕質(zhì)剛度大的材料制成。
[0019]本實(shí)施例的工作過程和原理:
[0020]如圖3所示，當(dāng)測(cè)試流速為V的氣流時(shí)，氣流與高縱深比類蠱毛桿I的相互作用力F帶動(dòng)類蠱毛結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角Θ。同時(shí)，類蠱毛結(jié)構(gòu)受到磁矩的回復(fù)作用。以&點(diǎn)為中心，類蠱毛結(jié)構(gòu)的力矩平衡方程為:
[0021]Fi.D = F.H (I)
[0022]式(I)中，D和H分別是相對(duì)于隊(duì)點(diǎn)的力臂。調(diào)整高縱深比類蠱毛桿I的長(zhǎng)度，以此改變縱深比，以此改變其流速流向的檢測(cè)范圍。
[0023]如圖4，當(dāng)高縱深比類蠱毛桿I受到流量激勵(lì)而偏轉(zhuǎn)Θ時(shí)，導(dǎo)電弧形底座4與平面電極3相接觸形成電流回路。當(dāng)偏轉(zhuǎn)角增大時(shí)，導(dǎo)電弧形底座4與平面電極3的接觸點(diǎn)從N1變?yōu)镹2，從而接入電路的電阻增大，電阻的大小變化即可量化流速大小。電阻大小與偏轉(zhuǎn)角度的關(guān)系為R = r9y。其中R為電阻，r為導(dǎo)電弧形底座半徑，μ為導(dǎo)電弧形底座的單位長(zhǎng)度電阻，Θ為偏轉(zhuǎn)角度。導(dǎo)電弧形底座與不同的平面電極相接觸，從而實(shí)現(xiàn)流體方向的檢測(cè)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種磁式類蝎子蠱毛流速流向傳感器，其特征在于:是由高縱深比類蠱毛桿(I)、磁鐵(2)、平面電極(3)、導(dǎo)電弧形底座(4)、電極引線(5)和磁場(chǎng)支座(6)組成，電極引線(5)包括有第一電極引線(5a)和第二電極引線(5b)，高縱深比類蠱毛桿(I)、磁鐵(2)和導(dǎo)電弧形底座(4)依次裝配成一體，形成類蠱毛結(jié)構(gòu)，磁場(chǎng)支座(6)表面具有八個(gè)平面電極(3)，導(dǎo)電弧形底座(4)置于磁場(chǎng)支座(6)上，八個(gè)平面電極(3)各引出第一電極引線(5a)導(dǎo)電弧形底座(4)引出第二電極引線(5b)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁式類蝎子蠱毛流速流向傳感器，其特征在于:所述的高縱深比類蠱毛桿(I)由輕質(zhì)剛度大的材料制成。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磁式類蝎子蠱毛流速流向傳感器，是由高縱深比類蠱毛桿、磁鐵、平面電極、導(dǎo)電弧形底座、電極引線和磁場(chǎng)支座組成，電極引線包括有第一電極引線和第二電極引線，高縱深比類蠱毛桿、磁鐵和導(dǎo)電弧形底座依次裝配成一體，形成類蠱毛結(jié)構(gòu)，磁場(chǎng)支座表面具有八個(gè)平面電極，導(dǎo)電弧形底座置于磁場(chǎng)支座上，八個(gè)平面電極各引出第一電極引線導(dǎo)電弧形底座引出第二電極引線。當(dāng)有微小流量的氣體流過，高縱深比類蠱毛桿受到氣流的摩擦力和阻力，使高縱深比類蠱毛相對(duì)磁場(chǎng)支座發(fā)生偏轉(zhuǎn)。此時(shí)導(dǎo)電弧形底座與平面電極相接觸成為回路，由于偏轉(zhuǎn)角度不同，所形成電路通路的電阻不相同，偏角越大，電阻越大，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體流速的測(cè)量。
【IPC分類】G01P13/02, G01P5/08, G01P5/00, G01P13/00
【公開號(hào)】CN105424969
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510814160
【發(fā)明人】韓志武, 陳道兵, 張俊秋, 王可軍, 宋洪烈, 牛士超, 侯濤, 葉軍峰, 尹維, 宋麗敏, 楊明康, 孫楚萍
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年11月21日