[发明专利]一种高灵敏度风速风向传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种高灵敏风速传感器的结构，尤其是采用检测尖端发射电流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。同时由于结构微小，传感器需要高灵敏才能实现较好的低风敏感。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：本发明提出了一种高灵敏的风速测量结构。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微尖端发射阴极组成。垂直风杆受风压带动导电薄板产生变形，导致薄板边缘的两个或四个发射尖端与衬底上的阳极间距发生变化。由于发射电流强烈依赖于该间距，因此通过测量这两个或四个尖端阴极中流过的电流大小并计算相对边的电流差，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，本发明公开了一种高灵敏度风速风向传感器，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第一底部阳极和第二底部阳极、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，设置在刚性薄板上的风杆；

风杆位于刚性薄板中心，第一底部阳极和第二底部阳极相对刚性薄板中心对称放置，

该风向传感器还包括设置在刚性薄板下端且分别与第一底部阳极和第二底部阳极4相对设置的第一尖端发射极和第二尖端发射极。

优选的，刚性薄板为导体，它通过弹性膜与锚区相连。

优选的，第一底部阳极和第二底部阳极之间的距离为0.1至2微米，第一尖端发射极和第二尖端发射极之间的距离为0.1至2微米。

有益效果：基于尖端发射电流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；采用尖端发射电流检测原理实现风速和风向敏感，由于电流大小和间距成指数关系，因此灵敏度比压阻和电容检测原理更高。查分电流检测原理避免了温度等其他效应的影响，因此传感器的温漂小；通过控制工作电压可使电流在较小的数值，比如1mA以下工作，因此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，第一底部阳极3，第二底部阳极4，支撑锚区5，第一尖端发射极6，第二尖端发射极7，弹性膜8，刚性薄板9和风杆10。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步说明。

本发明提供的高灵敏度风速风向传感器，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第一底部阳极3和第二底部阳极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8、与弹性膜8相连的刚性薄板9，设置在刚性薄板9上的风杆10；风杆10位于刚性薄板9中心，第一底部阳极3和第二底部阳极4相对刚性薄板7中心对称放置，该风向传感器还包括设置在刚性薄板9下端且分别与第一底部阳极3和第二底部阳极4相对设置的第一尖端发射极6和第二尖端发射极7。

刚性薄板9为导体，它通过弹性膜8与锚区5相连。

第一底部阳极3和第二底部阳极4之间的距离为0.1至2微米，第一尖端发射极6和第二尖端发射极之间的距离为0.1至2微米。