[发明专利]一种电容式风速风向传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电容型风速传感器的结构，尤其是采用电容差分输出实现风速测量的小型风速传感器结构。

背景技术

风速风向传感器在环境监测、野外作业等方面有广泛的应用。该类传感器一般由传统的风杯和风向标结构、纯固态的热丝或热膜结构、以及超声风速测量系统等。传统风杯和风向标结构体积较大、一般在数十厘米或以上，且存在转动部件，容易磨损；热式风速传感器虽然可以做的很小，但温漂和功耗是其固有的问题，需要改进；超声风速传感器近年来得到很大的发展，该传感器具有精度高，测量范围大，且使用寿命长等诸多突出优点。其不利因素是体积较大（10厘米以上），价格偏高。在野外作业等测量方面，需要小型测试系统。因此超小型便携风速风向测量系统仍得到人们的关注并试图研发出新型产品。

发明内容

技术问题：发明提出了一种电容式风速测量结构。该测量结构由一中间固定垂直风杆的可变形的导电薄板和其下两个或四个对称放置的固定电极组成。垂直风杆受风压带动导电薄板产生变形，导致该薄膜和其下的两个或四个电极组成的电容的大小发生变化，通过测量这两个或四个电容的大小并计算相对位置的电容差，根据一定的算法并校准就可反映风速和风向的信息。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明公开了一种电容式风速风向传感器，其包括衬底、设置在衬底表面的绝缘体、分别设在绝缘体表面且相距一定距离的的第一电容底电极和第二电容底电极、与绝缘体相连的支撑锚区、与支撑锚区相连的弹性膜、与弹性膜相连的刚性薄板，和设置在刚性薄板上的风杆，

风杆位于刚性薄板中心，第一电容底电极和第二电容底电极相对刚性薄板中心对称放置，且第一电容底电极和第二电容底电极、构成差分电容对。

刚性薄板周围通过弹性膜与支撑锚区相连，弹性膜和刚性薄板设置成封闭结构，避免灰尘和湿气进入电容间隙。

该风向传感器还包括相对于刚性薄板中心对称设置的第三底电容电极和第四底电容电极，刚性薄板中心对称结构，第一电容底电极、第二电容底电极、第三底电容电极和第四底电容电极关于刚性薄板的中心对称设置，从而实现二维风速和风向的检测。

刚性薄板为正多边形或圆形的中心对称结构。

有益效果：基于查分电容检测原理的风速传感器，可采用微机械加工工艺批量制造，成本低廉。同时结构可以做的很小，比如在5厘米以内。可满足便携需要；采用电容检测原理实现风速和风向敏感，由于电容间距变化和电容成反比，因此灵敏度可比压阻检测好；电容原理检测温度效应小，因此传感器的温漂小；同样的，采用电容检测，功耗相比热风速传感器要低。

附图说明

图1为本发明的剖面示意图。

其中：衬底材料1，绝缘材料2，第一底电极3，第二底电极4，支撑锚区5，弹性膜6，刚性薄板7和风杆8。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步说明。

本发明提出的小型电容式风速风向传感器利用电容原理测量风速和风向。其包括衬底1、设置在衬底1表面的绝缘体2、分别设在绝缘体2表面且相距一定距离的的第一电容底电极3和第二电容底电极4、与绝缘体2相连的支撑锚区5、与支撑锚区5相连的弹性膜6、与弹性膜6相连的刚性薄板7，和设置在刚性薄板7上的风杆8，

风杆8位于刚性薄板7中心，第一电容底电极3和第二电容底电极4相对刚性薄板7中心对称放置，且第一电容底电极3和第二电容底电极4、构成差分电容对。

刚性薄板7周围通过弹性膜6与支撑锚区5相连，弹性膜6和刚性薄板7设置成封闭结构，避免灰尘和湿气进入电容间隙。

该风向传感器还包括相对于刚性薄板7中心对称设置的第三底电容电极和第四底电容电极，刚性薄板7中心对称结构，第一电容底电极3、第二电容底电极4、第三底电容电极和第四底电容电极关于刚性薄板的中心对称设置，从而实现二维风速和风向的检测。

刚性薄板7为正多边形或圆形的中心对称结构。