[发明专利]一种基于热平衡的水平传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器，具体来说，涉及一种基于热平衡的水平传感器。

背景技术

水平仪在工程、建筑以及实验室等各种环境有广泛的应用。传统的水泡型的水平仪分测量一维水平误差的长水泡和测量二维水平面的圆水泡。一维结构测量精度高，但做二维测量时需要相互垂直的两个,占用体积大且不能实现自动测量系统。二维测量的圆水泡精度较差，同样也不能和测量电路集成。由顷角传感器实现水平测量是目前测量系统的主要构成方式。顷角传感器从工作原理上可分为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”三种，它们各有所长。气体摆”式惯性元件由密闭腔体、气体和热线组成。当腔体所在平面相对水平面倾斜或腔体受到加速度的作用时，热线的阻值发生变化，并且热线阻值的变化是角度q或加速度的函数，因而也具有摆的效应。其中热线阻值的变化是气体与热线之间的能量交换引起的。传统的顷角传感器体积较大，如型号为41M/CJRS的气体摆式倾角传感器体积达到直径60毫米，高80毫米。随着微加工技术的发展，采用微加工技术降低器件的尺寸是目前技术革新的努力方向。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于热平衡的水平传感器，该结构的水平传感器利用测得的相互正交的两组水平信息，得出物体的倾斜角度，并且该水平传感器体积小、功耗低。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于热平衡的水平传感器，该水平传感器包括衬底、绝缘层、测温元件、加热元件和热隔离封装罩，绝缘层贴覆在衬底的上表面，测温元件、加热元件和热隔离封装罩分别固定在绝缘层的上表面，测温元件和加热元件位于热隔离封装罩内部，热隔离封装罩内部呈密封状态；测温元件为四个，测温元件位于加热元件的周边，每个测温元件到加热元件的距离相等，且相对的测温元件以加热元件为中心，相互对称，相邻的测温元件相对的端部距离均相等；衬底的横截面为正方形，且衬底横截面的边长为1—5mm，衬底高度为0.2—1mm，热隔离封装罩的高度为0.2—1mm。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.体积小、功耗底。传统的顷角传感器体积较大，如型号为41M/CJRS的气体摆式倾角传感器体积达到直径60毫米，高80毫米。而本发明的传感器衬底横截面的边长为1—5mm，衬底高度为0.2—1mm，热隔离封装罩的高度为0.2—1mm。本发明的传感器体积远远小于传统的顷角传感器。由于体积大幅缩小，因此整个传感器的功耗显著降低。传统的传感器为瓦级功耗，而本发明的传感器的功耗可低至100mW左右。

2.传感器可靠性好，且容易小型化。本发明传感器中的衬底、绝缘层、测温元件、加热元件和热隔离封装罩均为固定件，在整个测量过程中，不会发生移动。传感器可靠性好。在测量时，传感器各部件工作稳定，有利于提高测量的准确性。同时，本发明传感器采用半导体制造工艺制造，容易实现小型化。

3.成本低廉。本发明的传感器可以采用半导体工艺加工和进行圆片级封装，成本低廉。同时本发明中的衬底采用硅材料，也有利于降低制作成本。

4.灵敏度高。本发明的传感器中设有热隔离封装罩。通过热隔离封装罩，将热隔离封装罩内的空气与外部环境隔离。这样外部气流就不能对热隔离封装罩内的空气产生影响。测温元件对其周围空气温度的测量就不会受到外部气流的影响。这样可以提高测温元件测量的灵敏度，有利于提高测量物体倾斜角度的准确性。

附图说明

图1为本发明中绝缘层、测温元件和加热元件组装后的俯视图。

图2为本发明的正视图。

图中有：衬底1，绝缘层2，测温元件3、加热元件4和热隔离封装罩5。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。