一種磁式類蝎子蠱毛流速流向傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于流速流向傳感器領域，具體涉及一種磁式類蝎子蠱毛流速流向傳感器。
【背景技術】
[0002]精確測量流體的微流速流向具有十分重要的意義。例如精確測量流體的流速流向可以為監測大氣和海洋環境提供必要的分析數據;對人體血管內血液的微流速流向的監測能夠為檢測人體健康提供必要的分析數據;可以利用氣流對智能手機進行一些必要的操控;保持飛船艙內的壓力正常，需要對艙體進行檢漏，精確檢測出微小泄露流速可以有效的計算漏率和漏量，這對長期運行的載人飛船尤為重要；電子工業和精細化工工業中，要求精確控制流體以一定的流速注入，以保證工藝質量和產品性能的穩定。
[0003]目前，主要的氣體流量檢測方法有:機械式氣體流量檢測(包括膜式氣體流量檢測和渦輪式氣體流量檢測)、熱線熱膜式氣體流量檢測(HWA)(包括熱線儀和基于微電子機械系統(MEMS)的熱式氣體質量流量檢測)、超聲和激光多譜勒流速流量檢測方法等。但是以上方法在實際應用過程中還存在一定的問題:機械式檢測精度低、裝置易老化且受溫度影響大;HffA式檢測時必須對傳感器芯片電加熱，因而功耗大且不適用于易燃易爆氣體的檢測；超聲和激光多譜勒流速流量檢測設備復雜價格昂貴，一般在精密測量實驗室或標定其它流速計時使用，并且激光多普勒不適宜測量凈化間的微流速。所以，研究具有靈敏度高、經濟性好、穩定性好、以及抗干擾強的微流量檢測裝置具有重要的學術意義和廣闊的工程前景。
[0004]生物在漫長的進化過程中形成了很多巧妙的結構，為仿生研究提供了優秀的藍本。蝎子螯肢表面的蠱毛對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裝置的創成提供了很好的借鑒。
【發明內容】
[0005]本發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，其靈敏性高、精度高、體積小經濟性好，并且易于批量生產。
[0006]本發明是在對蝎子蠱毛體表流量感器感知機理研究的基礎上，研發的氣體微流速流向檢測裝置。
[0007]本發明是由高縱深比類蠱毛桿、磁鐵、平面電極、導電弧形底座、電極引線和磁場支座組成，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、磁鐵和導電弧形底座依次裝配成一體，形成類蠱毛結構，磁場支座表面具有八個平面電極，導電弧形底座置于磁場支座上，八個平面電極各引出第一電極引線導電弧形底座引出第二電極引線。
[0008]當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磁場支座發生偏轉。此時導電弧形底座與平面電極相接觸成為回路，由于偏轉角度不同，所形成電路通路的電阻不相同，偏角越大，電阻越大，從而實現對氣體流速的測量。不同的偏轉方向接觸的平面電極不同從而實現對流體流速的方向檢測，平面電極的數目可以增加到盡可能多個，從而實現任意方向的流體流向檢測。
[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(長度與直徑的比)為50?200;高縱深比類蠱毛桿由輕質剛度大的材料制成。導電弧形底座由導電材料制成，平面電極可以由普通的金屬材料加工而成。
[0010]本發明的有益效果:
[0011]本發明是一種磁式類蝎子蠱毛流速流向傳感器，由MEMS技術加工而成，當高縱深比類蠱毛桿擺動時，導電弧形底座與平面電極形成回路，以檢測電阻變化為表征手段，從而使得其具有靈敏度高、工藝簡單、經濟性好，適合批量化生產。
【附圖說明】
[0012]圖1本發明的主視圖。
[0013]圖2本發明的俯視圖。
[0014]圖3本發明測量流速流向時的狀態圖。
[0015]圖4本發明測量流速流向時的原理圖。
[0016]其中:I一高縱深比類蠱毛桿;2—磁鐵;3—平面電極;4一導電弧形底座；5—電極引線;6—磁場支座。
【具體實施方式】
[0017]如圖1和圖2所示，本實施例是由高縱深比類蠱毛桿1、磁鐵2、平面電極3、導電弧形底座4、電極引線5和磁場支座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和導電弧形底座4依次裝配成一體，形成類蠱毛結構，磁場支座6表面具有八個平面電極3，導電弧形底座4置于磁場支座6上，八個平面電極3各引出第一電極引線5a導電弧形底座4引出第二電極引線5b。
[0018]所述的高縱深比類蠱毛桿I由輕質剛度大的材料制成。
[0019]本實施例的工作過程和原理:
[0020]如圖3所示，當測試流速為V的氣流時，氣流與高縱深比類蠱毛桿I的相互作用力F帶動類蠱毛結構偏轉，偏轉角Θ。同時，類蠱毛結構受到磁矩的回復作用。以&點為中心，類蠱毛結構的力矩平衡方程為:
[0021]Fi.D = F.H (I)
[0022]式(I)中，D和H分別是相對于隊點的力臂。調整高縱深比類蠱毛桿I的長度，以此改變縱深比，以此改變其流速流向的檢測范圍。
[0023]如圖4，當高縱深比類蠱毛桿I受到流量激勵而偏轉Θ時，導電弧形底座4與平面電極3相接觸形成電流回路。當偏轉角增大時，導電弧形底座4與平面電極3的接觸點從N1變為N2，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。電阻大小與偏轉角度的關系為R = r9y。其中R為電阻，r為導電弧形底座半徑，μ為導電弧形底座的單位長度電阻，Θ為偏轉角度。導電弧形底座與不同的平面電極相接觸，從而實現流體方向的檢測。
【主權項】
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)、導電弧形底座(4)、電極引線(5)和磁場支座(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)和導電弧形底座(4)依次裝配成一體，形成類蠱毛結構，磁場支座(6)表面具有八個平面電極(3)，導電弧形底座(4)置于磁場支座(6)上，八個平面電極(3)各引出第一電極引線(5a)導電弧形底座(4)引出第二電極引線(5b)。2.根據權利要求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)由輕質剛度大的材料制成。
【專利摘要】本發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、導電弧形底座、電極引線和磁場支座組成，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、磁鐵和導電弧形底座依次裝配成一體，形成類蠱毛結構，磁場支座表面具有八個平面電極，導電弧形底座置于磁場支座上，八個平面電極各引出第一電極引線導電弧形底座引出第二電極引線。當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磁場支座發生偏轉。此時導電弧形底座與平面電極相接觸成為回路，由于偏轉角度不同，所形成電路通路的電阻不相同，偏角越大，電阻越大，從而實現對氣體流速的測量。
【IPC分類】G01P13/02, G01P5/08, G01P5/00, G01P13/00
【公開號】CN105424969
【申請號】CN201510814160
【發明人】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
【申請人】吉林大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月21日