基于硅芯片的熱風(fēng)速計系統(tǒng)研究.pdf

1、氣象監(jiān)測對于人們的日常生活、工業(yè)生產(chǎn)、航空航天等都具有重要的意義。風(fēng)速和風(fēng)向作為兩項基本的氣象信息，是環(huán)境監(jiān)測中必不可少的氣象要素。傳統(tǒng)的風(fēng)速風(fēng)向測試方法大多為機械式，比如常見的風(fēng)杯式風(fēng)速計、風(fēng)向標(biāo)等。隨著MEMS技術(shù)的快速發(fā)展，利用此技術(shù)制備的傳感器具有很多突出優(yōu)點，如體積小、精度高、量程大、可靠性高、智能化、成本低等。本文研究的風(fēng)速風(fēng)向傳感器是基于硅芯片的熱式風(fēng)速計，本實驗室已經(jīng)對熱式風(fēng)速傳感器做了長期的研究，為了實現(xiàn)產(chǎn)品化的目標(biāo)，

2、本文對傳感器封裝、系統(tǒng)軟件算法以及標(biāo)定測試方法做了深入的研究，工作內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　1)在介紹熱式風(fēng)速計主要工作原理的基礎(chǔ)上，對本實驗開發(fā)的熱式風(fēng)速風(fēng)向傳感器芯片結(jié)構(gòu)和制備工藝進(jìn)行了分析和總結(jié)。傳感器芯片采用了正方形對稱分布形式，并在華潤上華完成芯片加工。
　　2)為了滿足傳感器對風(fēng)場的特殊要求，本文對傳感器的封裝進(jìn)行了改進(jìn)，首先使用有限元分析軟件ANSYS-CFD進(jìn)行流固耦合仿真，主要開展了外殼結(jié)構(gòu)對風(fēng)場影響的仿

3、真，以確定合適的外殼尺寸;為了減少芯片的熱量損失并提高穩(wěn)定性，本文提出了陶瓷基板封裝和熱沉金屬塊封裝設(shè)計。上述仿真和設(shè)計為后續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)化制造奠定了基礎(chǔ)。
　　3)傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)化小批量制造，本文對同批次傳感器進(jìn)行了嚴(yán)格的標(biāo)定和測試，標(biāo)定中使用了非線性擬合、線性插值和掃描算法相結(jié)合的軟件算法。為了全面了解批次加工傳感器的性能，本文除了量程測試、精度測試、溫度測試和對稱性測試外，還對10套同批次傳感器進(jìn)行了一致性測試和分析。