一種智能仿生傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于傳感檢測(cè)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種智能仿生氣體微流速、微流量傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 精確測(cè)量氣體的微流速或微流量具有十分重要的意義。例如精確測(cè)量氣體的微流 速或微流量可W為監(jiān)測(cè)大氣和海洋環(huán)境提供必要的分析數(shù)據(jù);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)出微小的漏率流量，運(yùn)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，要求精確控制氣體微流速或微流量的注入，W保證工藝質(zhì)量和 產(chǎn)品性能的穩(wěn)定。
[0003] 目前，主要的氣體微流速或微流量檢測(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)和滿輪式氣體流量檢測(cè)）、熱線熱膜式氣體流量檢測(cè)化WA)(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)）、超聲和激光多譜勒微流速或微流量檢 測(cè)方法等。但是W上方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還存在一定的問(wèn)題:機(jī)械式檢測(cè)精度低、裝置易 老化且受溫度影響大;HWA式檢測(cè)時(shí)必須對(duì)傳感器忍片電加熱，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的微流速或微流量。所 W，研究具有靈敏度高、經(jīng)濟(jì)性好、穩(wěn)定性好、W及抗干擾強(qiáng)的微流速或微流量檢測(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(guò)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。蝸?zhàn)榆爸砻娴氖⒚珜?duì)周邊空氣極其微小的流速或微流量所具有的敏銳的感知能力， 為仿生高靈敏的微流速或微流量檢測(cè)裝置的創(chuàng)成提供了很好的借鑒。本發(fā)明是在對(duì)蝸?zhàn)邮?毛體表微流速或微流量感知機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，研發(fā)的氣體微流速或微流量檢測(cè)裝置，具 有體積小、重量輕、靈敏度高、測(cè)量精度高、易于批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種智能仿生傳感器，其適用于微小氣體流速0~Im/s或微 流量的檢測(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)明是由類盛毛毛桿、轉(zhuǎn)動(dòng)副、弧形電容、電極引線組成，弧形電容是由弧形電 容上片和弧形電容下片構(gòu)成，電極引線是由電極上引線和電極下引線構(gòu)成;類盛毛毛桿與 弧形電容上片裝配成一體，形成類盛毛結(jié)構(gòu)，類盛毛毛桿穿設(shè)在轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)軸中，電極上引 線嵌入轉(zhuǎn)動(dòng)副內(nèi)，電極下引線與弧形電容下片相連接;弧形電容上片為動(dòng)片，弧形電容下片 為不動(dòng)片。
[0007] 本發(fā)明的原理是：當(dāng)有微小流體信號(hào)流過(guò)，類盛毛毛桿受到氣流的摩擦力和阻力， 使類盛毛毛桿發(fā)生偏轉(zhuǎn)。類盛毛毛桿基部的弧形電容將會(huì)發(fā)生面積改變。通過(guò)檢測(cè)電容容 量的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體微流速或微流量的測(cè)量。
[000引所述類盛毛毛桿表面通過(guò)蝕刻、噴涂W及增加非擺動(dòng)平面的面積等方法W增大與 流體接觸面積從而增大與空氣之間的作用力，其縱深比（長(zhǎng)度與直徑的比）為50~200。類盛 毛毛桿為輕質(zhì)剛性較大的材料制成，弧形電容器上片為大密度且具有導(dǎo)電性能的材料制 成，使其整體重屯、在轉(zhuǎn)動(dòng)中屯、之下。在轉(zhuǎn)動(dòng)副內(nèi)嵌入電極引線，另一電極引線與下片弧形動(dòng) 容相連(不動(dòng)片)通過(guò)調(diào)整高縱深比類盛毛毛桿與弧形電容片上片的整體質(zhì)量，W此改變其 靈敏度W及流量檢測(cè)范圍。
[0009] 當(dāng)類盛毛毛桿受到流體信號(hào)的激勵(lì)而發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，其帶動(dòng)下端的弧形電容器上片 偏離弧形電容片下片一定距離，從而使得電容器的電容改變。當(dāng)流體信號(hào)的激勵(lì)撤銷時(shí)，重 力所形成的回正力矩使高縱深比類盛毛毛桿回正。
[0010] 本發(fā)明的有益效果：
[0011] 適用于微小氣體流速0~Im/s或微流量的檢測(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)。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本發(fā)明的立體示意圖。
[0013] 圖2為本發(fā)明的主視圖。
[0014] 圖3為本發(fā)明的左視圖。
[0015] 圖4為本發(fā)明檢測(cè)微小流速時(shí)的測(cè)試原理圖。
[0016] 圖5和圖6為本發(fā)明測(cè)量流速或微流量時(shí)的等效角位移式變面積電容傳感器原理 圖。
[0017] 其中：1一類盛毛毛桿;2-轉(zhuǎn)動(dòng)副;3-弧形電容;4-電極引線;3a-弧形電容片上 片;3b-弧形電容片下片;4a-電極上引線;4b-電極下引線。
【具體實(shí)施方式】
[001引如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明是由類盛毛毛桿1、轉(zhuǎn)動(dòng)副2、弧形電容3、電極引線4 組成，弧形電容3是由弧形電容上片3a和弧形電容下片3b構(gòu)成，電極引線4是由電極上引線 4a和電極下引線4b構(gòu)成;類盛毛毛桿1與弧形電容上片3a裝配成一體，形成類盛毛結(jié)構(gòu)，類 盛毛毛桿1穿設(shè)在轉(zhuǎn)動(dòng)副2的轉(zhuǎn)軸21中，電極上引線4a嵌入轉(zhuǎn)動(dòng)副2內(nèi)，電極下引線4b與弧形 電容下片3b相連接;弧形電容上片3a為動(dòng)片，弧形電容下片3b為不動(dòng)片。
[0019] 如圖4所示，當(dāng)測(cè)試流速為V的氣流時(shí)，氣流與類盛毛毛桿1相互作用力F帶動(dòng)類盛 毛毛桿1偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角Θ。同時(shí)，類盛毛毛桿1受到重力G。^轉(zhuǎn)動(dòng)副0點(diǎn)為中屯、，類盛毛結(jié)構(gòu)的 力矩平衡方程為：
[0020] G·D=F·Η (1)
[0021] 式（1)中，D和Η分別是相對(duì)于0點(diǎn)的力臂。類盛毛結(jié)構(gòu)有較大的縱深比，即使微小的 氣流也能使類盛毛擺動(dòng)。通過(guò)調(diào)整類盛毛毛桿1的長(zhǎng)度，W此改變縱深比，從而改變其流速 或微流量檢測(cè)范圍，并且可W通過(guò)調(diào)整類盛毛毛桿1與弧形電容上片3a的整體質(zhì)量改變其 靈敏度。
[0022] 如圖5和圖6所示，當(dāng)類盛毛毛桿1受到流速或微流量激勵(lì)而偏轉(zhuǎn)Θ時(shí)，弧形電容3的 正對(duì)面積發(fā)生改變，正對(duì)面積減少2Se，電容變?yōu)镃l;原等效面積為So，電容Co:
[0023]
(2)
[0026]式(2)中，r為類盛毛基部的半徑;式(3)、（4)中，ε為介電常數(shù)、k為靜電常量、d弧形 電容之間的距離。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種智能仿生傳感器，其特征在于:是由類蠱毛毛桿（1)、轉(zhuǎn)動(dòng)副（2)、弧形電容(3)、 電極引線（4)組成，弧形電容（3)是由弧形電容上片（3a)和弧形電容下片（3b)構(gòu)成，電極引 線(4)是由電極上引線(4a)和電極下引線(4b)構(gòu)成;類蠱毛毛桿（1)與弧形電容上片(3a)裝 配成一體，形成類蠱毛結(jié)構(gòu)，類蠱毛毛桿（1)穿設(shè)在轉(zhuǎn)動(dòng)副（2)的轉(zhuǎn)軸（21)中，電極上引線 (4a)嵌入轉(zhuǎn)動(dòng)副⑵內(nèi)，電極下引線(4b)與弧形電容下片(3b)相連接;弧形電容上片(3a)為 動(dòng)片，弧形電容下片(3b)為不動(dòng)片。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能仿生傳感器，是由類蠱毛毛桿、轉(zhuǎn)動(dòng)副、弧形電容、電極引線組成，弧形電容是由弧形電容上片和弧形電容下片構(gòu)成，電極引線是由電極上引線和電極下引線構(gòu)成；類蠱毛毛桿與弧形電容上片裝配成一體，形成類蠱毛結(jié)構(gòu)，類蠱毛毛桿穿設(shè)在轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)軸中，電極上引線嵌入轉(zhuǎn)動(dòng)副內(nèi)，電極下引線與弧形電容下片相連接。當(dāng)有微小流體信號(hào)流過(guò)，類蠱毛毛桿受到氣流的摩擦力和阻力，使類蠱毛毛桿發(fā)生偏轉(zhuǎn)。類蠱毛毛桿基部的弧形電容將會(huì)發(fā)生面積改變。通過(guò)檢測(cè)電容容量的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體微流速或微流量的測(cè)量。本發(fā)明適用于微小氣體流速0～1m/s或微流量的檢測(cè)，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)。
【IPC分類】G01F1/56, G01P5/08
【公開號(hào)】CN105445490
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510777271
【發(fā)明人】張俊秋, 陳道兵, 王可軍, 韓志武, 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30日
【申請(qǐng)日】2015年11月15日