[发明专利]基于柔性MEMS技术的三维流体应力传感器及其阵列

权利要求书

1.一种基于柔性MEMS技术的三维流体应力传感器，其特征在于：包括电容式压应力传感器和热剪切应力传感器，这两部分通过MEMS一体化加工技术集成在一起，该三维流体应力传感器表面有一层保护膜；其中：

所述电容式压应力传感器包括位于上电极层的上极板、压应力敏感膜和下电极层的下极板组成，支撑结构层形成了压应力传感器的空腔结构，电容信号通过下极板的检测电极对引到检测电路，上极板无需信号引出；

所述热剪切应力传感器由四组双热线电阻组成，四组双热线位于所述电容式压应力传感器的上极板四周，呈正方形排列，相邻两组构成一组正交关系，热线电阻信号通过引线柱从柔性衬底引入检测电路，实现二维剪切应力的矢量测量。

2.根据权利要求1所述的基于柔性MEMS技术的三维流体应力传感器，其特征是，所述电容式压应力传感器中，上极板为Cu或Ni金属薄膜位于保护膜下面，压应力敏感膜位于上电极层下面，下极板为Au、Cu或Ni金属薄膜形成的一个检测电极对位于柔性衬底上面。

3.根据权利要求1所述的基于柔性MEMS技术的三维流体应力传感器，其特征是，所述的热剪切应力传感器中，热线电阻在上电极层且位于三维流体应力传感器表面保护膜的下面，热剪切应力传感器工作在恒温模式下，通过测量施加在热线电阻上电压的变化计算出剪切应力的大小和方向。

4.根据权利要求1-3任一项所述的基于柔性MEMS技术的三维流体应力传感器，其特征是，所述的保护膜为一层很薄的聚酰亚胺或聚对二甲苯聚合物材料。

5.根据权利要求1-3任一项所述的基于柔性MEMS技术的三维流体应力传感器，其特征是，所述的压应力敏感膜材料为PDMS或Mylar薄膜，在压应力作用下膜片发生形变导致电容间隙发生变化，通过检测电极对测量电容信号变化计算出压应力的大小。

6.根据权利要求1-3任一项所述的基于柔性MEMS技术的三维流体应力传感器，其特征是，所述的支撑结构层材料为PDMS、SU8胶或三氧化二铝绝缘材料，通过模具或LIGA加工技术制作。

7.根据权利要求1-3任一项所述的基于柔性MEMS技术的三维流体应力传感器，其特征是，所述的柔性衬底采用以聚酰亚胺为基板材料的双面柔性印刷电路板，传感器能安放在航行体的曲体表面上测量。

8.一种由权利要求1-7所述的三维流体应力传感器构成的阵列，其特征是，所述的阵列为NXM矩形阵列，每个测量单元包含一个电容式压应力传感器和四组双热线组成的热剪切应力传感器，每个测量单元的信号分别引入检测电路，通过检测电路实现阵列式扫描检测。

9.根据权利要求8所述的基于柔性MEMS技术的三维流体应力传感器阵列，其特征是，所述热剪切应力传感器采用双热线结构，热线电阻材料为Ni或Pt金属材料，热线电阻信号通过Ni或Cu引线柱从柔性衬底连接到检测电路。

10.根据权利要求8或9所述的基于柔性MEMS技术的三维流体应力传感器阵列，其特征是，所述的流体应力传感器通过MEMS工艺多层掩膜和键合工艺制作，采用柔性衬底和背线引接技术。