一種智能仿生傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于傳感檢測領域，具體設及一種智能仿生氣體微流速、微流量傳感器。
【背景技術】
[0002] 精確測量氣體的微流速或微流量具有十分重要的意義。例如精確測量氣體的微流 速或微流量可W為監測大氣和海洋環境提供必要的分析數據;保持飛船艙內的壓力正常， 需要對艙體進行檢漏，精確檢測出微小的漏率流量，運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，要求精確控制氣體微流速或微流量的注入，W保證工藝質量和 產品性能的穩定。
[0003] 目前，主要的氣體微流速或微流量檢測方法有:機械式氣體流量檢測(包括膜式氣 體流量檢測和滿輪式氣體流量檢測）、熱線熱膜式氣體流量檢測化WA)(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）、超聲和激光多譜勒微流速或微流量檢 測方法等。但是W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;HWA式檢測時必須對傳感器忍片電加熱，因而功耗大且不適用于易燃 易爆氣體的檢測;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或微流量。所 W，研究具有靈敏度高、經濟性好、穩定性好、W及抗干擾強的微流速或微流量檢測裝置具 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。蝸子馨肢表面的盛毛對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裝置的創成提供了很好的借鑒。本發明是在對蝸子盛 毛體表微流速或微流量感知機理研究的基礎上，研發的氣體微流速或微流量檢測裝置，具 有體積小、重量輕、靈敏度高、測量精度高、易于批量生產等優點。
【發明內容】
[0005] 本發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，其靈敏性高、精度高、體積小、經濟性好，并且易于批量生產。
[0006] 本發明是由類盛毛毛桿、轉動副、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成，電極引線是由電極上引線和電極下引線構成;類盛毛毛桿與 弧形電容上片裝配成一體，形成類盛毛結構，類盛毛毛桿穿設在轉動副的轉軸中，電極上引 線嵌入轉動副內，電極下引線與弧形電容下片相連接;弧形電容上片為動片，弧形電容下片 為不動片。
[0007] 本發明的原理是：當有微小流體信號流過，類盛毛毛桿受到氣流的摩擦力和阻力， 使類盛毛毛桿發生偏轉。類盛毛毛桿基部的弧形電容將會發生面積改變。通過檢測電容容 量的變化，實現對氣體微流速或微流量的測量。
[000引所述類盛毛毛桿表面通過蝕刻、噴涂W及增加非擺動平面的面積等方法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（長度與直徑的比）為50~200。類盛 毛毛桿為輕質剛性較大的材料制成，弧形電容器上片為大密度且具有導電性能的材料制 成，使其整體重屯、在轉動中屯、之下。在轉動副內嵌入電極引線，另一電極引線與下片弧形動 容相連(不動片)通過調整高縱深比類盛毛毛桿與弧形電容片上片的整體質量，W此改變其 靈敏度W及流量檢測范圍。
[0009] 當類盛毛毛桿受到流體信號的激勵而發生偏轉時，其帶動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。當流體信號的激勵撤銷時，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，其靈敏性高、精度高、體積小、經濟 性好，并且易于批量生產。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發明的立體示意圖。
[0013] 圖2為本發明的主視圖。
[0014] 圖3為本發明的左視圖。
[0015] 圖4為本發明檢測微小流速時的測試原理圖。
[0016] 圖5和圖6為本發明測量流速或微流量時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-轉動副;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。
【具體實施方式】
[001引如圖1、圖2和圖3所示，本發明是由類盛毛毛桿1、轉動副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構成，電極引線4是由電極上引線 4a和電極下引線4b構成;類盛毛毛桿1與弧形電容上片3a裝配成一體，形成類盛毛結構，類 盛毛毛桿1穿設在轉動副2的轉軸21中，電極上引線4a嵌入轉動副2內，電極下引線4b與弧形 電容下片3b相連接;弧形電容上片3a為動片，弧形電容下片3b為不動片。
[0019] 如圖4所示，當測試流速為V的氣流時，氣流與類盛毛毛桿1相互作用力F帶動類盛 毛毛桿1偏轉，偏轉角Θ。同時，類盛毛毛桿1受到重力G。^轉動副0點為中屯、，類盛毛結構的 力矩平衡方程為：
[0020] G·D=F·Η (1)
[0021] 式（1)中，D和Η分別是相對于0點的力臂。類盛毛結構有較大的縱深比，即使微小的 氣流也能使類盛毛擺動。通過調整類盛毛毛桿1的長度，W此改變縱深比，從而改變其流速 或微流量檢測范圍，并且可W通過調整類盛毛毛桿1與弧形電容上片3a的整體質量改變其 靈敏度。
[0022] 如圖5和圖6所示，當類盛毛毛桿1受到流速或微流量激勵而偏轉Θ時，弧形電容3的 正對面積發生改變，正對面積減少2Se，電容變為Cl;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、k為靜電常量、d弧形 電容之間的距離。
【主權項】
1. 一種智能仿生傳感器，其特征在于:是由類蠱毛毛桿（1)、轉動副（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)構成，電極引 線(4)是由電極上引線(4a)和電極下引線(4b)構成;類蠱毛毛桿（1)與弧形電容上片(3a)裝 配成一體，形成類蠱毛結構，類蠱毛毛桿（1)穿設在轉動副（2)的轉軸（21)中，電極上引線 (4a)嵌入轉動副⑵內，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 動片，弧形電容下片(3b)為不動片。
【專利摘要】本發明公開了一種智能仿生傳感器，是由類蠱毛毛桿、轉動副、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成，電極引線是由電極上引線和電極下引線構成；類蠱毛毛桿與弧形電容上片裝配成一體，形成類蠱毛結構，類蠱毛毛桿穿設在轉動副的轉軸中，電極上引線嵌入轉動副內，電極下引線與弧形電容下片相連接。當有微小流體信號流過，類蠱毛毛桿受到氣流的摩擦力和阻力，使類蠱毛毛桿發生偏轉。類蠱毛毛桿基部的弧形電容將會發生面積改變。通過檢測電容容量的變化，實現對氣體微流速或微流量的測量。本發明適用于微小氣體流速0～1m/s或微流量的檢測，靈敏性高、精度高、體積小、經濟性好，并且易于批量生產。
【IPC分類】G01F1/56, G01P5/08
【公開號】CN105445490
【申請號】CN201510777271
【發明人】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
【申請人】吉林大學
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年11月15日