br>[0095] 所述的流速數(shù)據(jù)列表是指:測量前對四路信號進行流速的輸入-輸出標定，獲得關(guān) 聯(lián)流速大小的四路惠斯通電橋電路輸出信號形成的流速數(shù)據(jù)列表。
[0096] 所述的傳感器流速數(shù)據(jù)列表存儲在存儲器中。
[0097] 所述的微控制器選通相應量程的測溫熱電阻所在的惠斯通電橋電路輸出流速測 量信號。
[0098]所述的三路熱溫差型惠斯通電橋電路用于極低流速到中等流速的測量，測量的流 速范圍為10-2~10V/S。
[0099] 所述的熱損失型惠斯通電橋電路采用恒溫差控制方法，用于高流速的測量，測量 的流速范圍為101~l〇 2m/s。
[0100] 所述的上游電阻和下游電阻構(gòu)成的惠斯通電橋差動放大電路具有很好的環(huán)境噪 聲共模抑制，可以精確測量極低流速。
[0101] 與所述的加熱熱電阻2距離不等的測溫熱電阻對流速v的測量靈敏度和測量范圍 不同。對于固定的測溫熱電阻與加熱熱電阻2的距離，存在速度測量飽和值，只有當流速v低 于該飽和值時，電橋電勢差V 12可隨流速v的大小成比例變化;測溫熱電阻距離加熱熱電阻2 越遠，速度測量飽和值越小，但靈敏度不高。本實施例中三個測溫熱電阻對3可兼顧流速測 量的量程和靈敏度。
[0102] 本實施例的寬量程流速測量范圍為10-2~102m/s。
[0103] 本實施例涉及所述基于MEMS的柔性流速傳感器的制備方法，采用MEMS微加工藝進 行制備，包括以下步驟：
[0104] S001:制備過渡層。
[0105]所述的過渡層位于基底晶圓片與柔性襯底之間，為硅橡膠PDMS膜或金屬膜犧牲 層。
[0106]所述的金屬膜犧牲層為氣相沉積的鋁膜、銅膜或鈦膜。
[0107]所述的金屬膜犧牲層厚度為100~500nm。
[0108] 所述的硅橡膠PDMS膜的制備包括:配制預聚體與固化劑質(zhì)量比為5:1的PDMS預聚 物液體，旋涂在玻璃基底晶圓片上，60°C烘箱烘3h，得到厚度為50~100μπι的硅橡膠PDMS膜。
[0109] S002:在金屬膜犧牲層或硅橡膠PDMS膜上旋涂聚酰亞胺絕緣保護層7并高溫固化。
[0110] 所述的聚酰亞胺絕緣保護層7的厚度小于5μηι。
[0111] S003:在聚酰亞胺絕緣保護層上氣相沉積Cr/Pt薄膜，并用光刻膠作掩膜，干法刻 蝕熱電阻金屬圖形。
[0112]所述的Cr/Pt薄膜的厚度為300nm〇
[0113] S004:在得到熱電阻金屬圖形的Cr/Pt薄膜上沉積金屬種子層并光刻，電鍍金屬Cu 或Ni，得到引線和引腳。
[0114] 所述的金屬種子層為Cr/Cu。
[0115] S005:干法刻蝕去除金屬種子層，并旋涂聚酰亞胺支撐膜8并高溫固化。
[0116] 所述的支撐膜8的厚度小于ΙΟμπι。
[0117] S006:在聚酰亞胺支撐膜8上沉積金屬阻擋層薄膜，光刻并刻蝕圖形化，獲得隔熱 空腔對應底部位置的金屬阻擋層圖形。
[0118] 所述的金屬阻擋層為Cr、Ti或Cu。
[0119] S007:在金屬阻擋層薄膜上旋涂聚酰亞胺柔性襯底1，并高溫固化。
[0120]所述的聚酰亞胺柔性襯底1的厚度小于20μηι。
[0121] S008:在聚酰亞胺柔性襯底1上沉積金屬掩膜層薄膜，光刻刻蝕金屬掩膜層開窗 口，反應離子干法刻蝕聚酰亞胺柔性襯底1至金屬阻擋層，獲得隔熱空腔9。
[0122] 所述的金屬掩膜層為Cr、Ti或Cu。
[0123] S009:濕法刻蝕去除金屬阻擋層及金屬掩膜層，從過渡層上釋放聚酰亞胺柔性襯 底1。
[0124] 當過渡層為硅橡膠PDMS膜時，采用無水酒精溶液浸泡釋放聚酰亞胺柔性襯底1。
[0125] 當過渡層為金屬膜犧牲層時，采用濕法腐蝕犧牲層金屬釋放聚酰亞胺柔性襯底1。
【主權(quán)項】
1. 一種基于MEMS的柔性流速傳感器，其特征在于，包括：柔性襯底、支撐膜、絕緣保護 層、環(huán)境測溫熱電阻、嵌入設置于絕緣保護層和支撐膜之間的加熱熱電阻和測溫熱電阻對， 其中：柔性襯底、支撐膜和絕緣保護層依次相連，加熱熱電阻位于支撐膜中央，測溫熱電阻 對的測溫熱電阻對稱設置于加熱熱電阻的兩側(cè)，環(huán)境測溫熱電阻嵌入設置于柔性襯底和絕 緣保護層之間。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流速傳感器，其特征是，所述的柔性襯底的底部設有隔熱空 腔，所述的支撐膜對應設置于隔熱空腔上方。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流速傳感器，其特征是，所述的測溫熱電阻為三對。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流速傳感器，其特征是，所述的環(huán)境測溫熱電阻、加熱熱電阻 和測溫熱電阻為迂回線狀結(jié)構(gòu)，且迂回線的線寬小于等于ΙΟμπι。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流速傳感器，其特征是，所述的環(huán)境測溫熱電阻的阻值大于等 于加熱熱電阻阻值的2倍。6. -種應用上述任一權(quán)利要求所述柔性傳感器的流速測量方法，其特征在于，包括： 步驟1、每個所述的測溫熱電阻對與兩個外部電路精確電阻構(gòu)成熱溫差型惠斯通電橋 電路，三對所述的測溫熱電阻對共構(gòu)成相應的三路熱溫差型惠斯通電橋電路;所述的加熱 熱電阻、環(huán)境測溫熱電阻和三個外接電阻構(gòu)成一路熱損失型惠斯通電橋電路； 步驟2、熱溫差型惠斯通電橋電路與熱損失型惠斯通電橋電路并行測量，產(chǎn)生的四路流 速模擬信號分別依次經(jīng)過濾波、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后形成對應的流速數(shù)字信號，并傳遞到數(shù) 字處理單元； 步驟3、數(shù)字處理單元根據(jù)已標定的流速數(shù)據(jù)列表記錄的流速測量信號的飽和點，自動 在多路量程信號間切換并無縫生成單輸出流速信號； 所述的切換是指:數(shù)字處理單元通過運行相應的程序確定熱溫差型惠斯通電橋電路可 測的各段流速量程大小，并確定可測得的最大流速值；當測量的流速超過最大流速時，切換 到熱損失型惠斯通電橋電路以輸出高速信號； 所述的流速數(shù)據(jù)列表是指:測量前對四路信號進行流速的輸入-輸出標定，獲得關(guān)聯(lián)流 速大小的四路惠斯通電橋電路輸出信號形成的流速數(shù)據(jù)列表。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的流速測量方法，其特征是，所述的熱溫差型惠斯通電橋電路測 量的流速范圍為1 2~1 〇1 m / S;所述的熱損失型惠斯通電橋電路測量的流速范圍為101~ 102m/s〇8. -種制備上述任一權(quán)利要求所述流速傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步 驟： S001:制備過渡層； S002:在過渡層上旋涂絕緣保護層并高溫固化； S003:在絕緣保護層上氣相沉積Cr/Pt薄膜，并用光刻膠作掩膜，干法刻蝕熱電阻金屬 圖形； S004:在得到熱電阻金屬圖形的Cr/Pt薄膜上沉積金屬種子層并光刻，電鍍金屬Cu或 Ni，得到引線和引腳； S005:干法刻蝕去除金屬種子層，并旋涂聚酰亞胺支撐膜并高溫固化； S006:在聚酰亞胺支撐膜上沉積金屬阻擋層薄膜，光刻并刻蝕圖形化，獲得隔熱空腔對 應底部位置的金屬阻擋層圖形； S007:在金屬阻擋層薄膜上旋涂聚酰亞胺柔性襯底，并高溫固化； S008:在聚酰亞胺柔性襯底上沉積金屬掩膜層薄膜，光刻刻蝕金屬掩膜層開窗口，反應 離子干法刻蝕聚酰亞胺柔性襯底至金屬阻擋層，獲得隔熱空腔； S009:濕法刻蝕去除金屬阻擋層及金屬掩膜層，從過渡層上釋放聚酰亞胺柔性襯底。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征是，所述的過渡層為硅橡膠TOMS膜或金屬膜 犧牲層;在步驟S009中，當過渡層為硅橡膠PDMS膜時，采用無水酒精溶液浸泡釋放聚酰亞胺 柔性襯底;當過渡層為金屬膜犧牲層時，采用濕法腐蝕犧牲層金屬釋放聚酰亞胺柔性襯底。
【專利摘要】一種基于MEMS的柔性流速傳感器及其應用和制備方法，包括通過MEMS技術(shù)制備的：柔性襯底、支撐膜、絕緣保護層、環(huán)境測溫熱電阻、嵌入設置于絕緣保護層和支撐膜之間的加熱熱電阻和測溫熱電阻對，其中：柔性襯底、支撐膜和絕緣保護層依次相連，加熱熱電阻位于支撐膜中央，測溫熱電阻對的測溫熱電阻對稱設置于加熱熱電阻的兩側(cè)，環(huán)境測溫熱電阻嵌入設置于柔性襯底和絕緣保護層之間，柔性襯底的底部設有隔熱空腔；加熱熱電阻、三個測溫熱電阻對和環(huán)境測溫熱電阻構(gòu)成四路熱溫差型和熱損失型惠斯通電橋電路，對流速進行測量；本發(fā)明體積小，成本低，可用于具有復雜曲率的表面，并且具備極低流速到高流速的測速量程。
【IPC分類】G01P5/12
【公開號】CN105548606
【申請?zhí)枴緾N201510909210
【發(fā)明人】崔峰, 曾慶貴, 楊剛, 陳文元, 張衛(wèi)平, 吳校生, 劉武
【申請人】上海交通大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月10日