[发明专利]基于仿生谐振毛发传感器的旋转阵列装置

权利要求书

1.一种基于仿生谐振毛发传感器的旋转阵列装置，其特征在于：由第一、二、三、四仿生谐振毛发传感器（1-1、1-2、1-3、1-4）旋转相邻排布组成，整体结构呈“田”字型；

所述第一仿生谐振毛发传感器（1-1）由上层的第一毛发结构（2-1）和下层的第一硅微传感器结构（3-1）组成，所述第二仿生谐振毛发传感器（1-2）由上层的第二毛发结构（2-2）和下层的第二硅微传感器结构（3-2）组成，所述第三仿生谐振毛发传感器（1-3）由上层的第三毛发结构（2-3）和下层的第三硅微传感器结构（3-3）组成，所述第四仿生谐振毛发传感器（1-4）由上层的第四毛发结构（2-4）和下层的第四硅微传感器结构（3-4）组成；

其中第一仿生谐振毛发传感器（1-1）位于旋转阵列装置的左下角，沿X轴正方向与第四仿生谐振毛发传感器（1-4）并列，沿Y轴正方向与第二仿生谐振毛发传感器（1-2）并列；第二仿生谐振毛发传感器（1-2）位于旋转阵列装置的左上角，沿X轴正方向与第三仿生谐振毛发传感器（1-3）并列，沿Y轴负方向与第一仿生谐振毛发传感器（1-1）并列；第三仿生谐振毛发传感器（1-3）位于旋转阵列装置的右上角，沿X轴负方向与第二仿生谐振毛发传感器（1-2）并列，沿Y轴负方向与第四仿生谐振毛发传感器（1-4）并列；第四仿生谐振毛发传感器（1-4）位于旋转阵列装置的右下角，沿X轴负方向与第一仿生谐振毛发传感器（1-1）并列，沿Y轴正方向与第三仿生谐振毛发传感器（1-3）并列；第三毛发结构（2-3）与第一毛发结构（2-1）分别位于旋转阵列装置的上下边缘，同时对沿X轴方向的流速敏感；第二毛发结构（2-2）与第四毛发结构（2-4）分别位于旋转阵列装置的左右边缘，同时对沿Y轴方向的流速敏感;

其中第一硅微传感器结构（3-1）位于旋转阵列装置的左下角，第二硅微传感器结构（3-2）位于旋转阵列装置的左上角，第三硅微传感器结构（3-3）位于旋转阵列装置的右上角，第四硅微传感器结构（3-4）位于旋转阵列装置的右下角；

其中第一、二、三、四仿生谐振毛发传感器（1-1、1-2、1-3、1-4）的四路输出信号由控制系统测得，经由最大似然估计法处理，可以敏感平面内任意流速的大小和方向；

所述最大似然估计法的求解过程由两部分组成：前端运算过程（9）和后端解调过程（10）；所述前端运算过程由差分过程（11）、累加过程（12）和均值过程（13）组成；

所述差分过程（11）为：控制系统输出的四路频率信号两两相减，第一路输出信号与第三路输出信号相减，第二路输出信号与第四路输出信号相减；所述累加过程（12）为：将得到的两组差分信号做累加运算，累加次数由控制系统设定；所述均值过程（13）为：将累加后的数值除以二倍的累加次数；

所述后端解调过程（10）由流速大小解调过程（14）和入射角度解调过程（15）组成；所述流速大小解调过程（14）为：将前端运算过程（9）得到两组数值分别平方后求和，再开根号，即可得到当前流速大小；所述流速方向解调过程（15）为：将前端运算过程（9）得到两组数值以及流速大小解调过程所求得的当前流速大小解调得到入射角度；

其中第一硅微传感器结构（3-1）的第三、四摆动抑制弹性结构（6-1c、6-1d）与第二硅微传感器结构（3-2）的第五、六摆动抑制弹性结构（6-2a、6-2b）相邻，第二硅微传感器结构（3-2）的第五、八摆动抑制弹性结构（6-2a、6-2d）与第三硅微传感器结构（3-3）的第十、十一摆动抑制弹性结构（6-3b、6-3c）相邻，第三硅微传感器结构（3-3）的第九、十摆动抑制弹性结构（6-3a、6-3b）与第四硅微传感器结构（3-4）的第十五、十六摆动抑制弹性结构（6-4c、6-4d）相邻，第四硅微传感器结构（3-4）的第十四、十五摆动抑制弹性结构（6-4b、6-4c）与第一硅微传感器结构（3-1）的第一、四摆动抑制弹性结构（6-1a、6-1d）相邻。

2.根据权利要求1所述的一种基于仿生谐振毛发传感器的旋转阵列装置，其特征在于:其中第一硅微传感器结构（3-1）上的第一旋转中心（7-1）位于第一底座质量块（8-1）的上端顶部，第一底座质量块（8-1）的内部放置左、右对称的第一、二杠杆机构（5-1a、5-1b）及第一、二双端固定音叉谐振器子结构（4-1a、4-1b），第一、二、三、四摆动抑制弹性结构（6-1a、6-1b、6-1c、6-1d）分别布置在第一底座质量块（8-1）的右下，左下，左上，右上四个顶点处；

第二硅微传感器结构（3-2）的第二旋转中心（7-2）位于第二底座质量块（8-2）的右端顶部，第二底座质量块（8-2）的内部放置上、下对称的第三、四杠杆机构（5-2a、5-2b）及第三、四双端固定音叉谐振器子结构（4-2a、4-2b），第五、六、七、八摆动抑制弹性结构（6-2a、6-2b、6-2c、6-2d）分别布置在第二底座质量块（8-2）的右下，左下，左上，右上四个顶点处；

第三硅微传感器结构（3-3）的第三旋转中心（7-3）位于第三底座质量块（8-3）的下端底部，第三底座质量块（8-3）的内部放置左、右对称的第五、六杠杆机构（5-3a、5-3b）及第五、六双端固定音叉谐振器子结构（4-3a、4-3b），第九、十、十一、十二摆动抑制弹性结构（6-3a、6-3b、6-3c、6-3d）分别布置在第三底座质量块（8-3）的右下，左下，左上，右上四个顶点处；

第四硅微传感器结构（3-4）的第四旋转中心（7-4）位于第四底座质量块（8-4）的左端顶部，第四底座质量块（8-4）的内部放置上、下对称的第七、八杠杆机构（5-4a、5-4b）及第七、八双端固定音叉谐振器子结构（4-4a、4-4b），第十三、十四、十五、十六摆动抑制弹性结构（6-4a、6-4b、6-4c、6-4d）分别布置在第四底座质量块（8-4）右下，左下，左上，右上四个顶点处。