[发明专利]一种热式风速风向传感器及石墨烯薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种热式风速风向传感器及石墨烯薄膜的制备方法。所述传感器包括：石墨烯薄膜、风速风向计算模块和两个电阻模块；两个所述电阻模块的输出端均与所述风速风向计算模块的输入端连接；所述电阻模块包括两个电阻单元；同一电阻模块内的两个电阻单元串联；四个电阻单元以所述石墨烯薄膜呈中心对称分布设置在所述石墨烯薄膜四周。本发明的风速风向传感器在不改变衬底材料和增加隔热凹槽的基础上灵敏度更高且容易封装。

技术领域

本发明涉及传感器领域，特别是涉及一种热式风速风向传感器及石墨烯薄膜的制备方法。

背景技术

在环境监测、空气调节和工农业的生产中，风速都具有十分重要的作用,快速并准确测量风速具有重要的实际意义，测量数据的正确与否与传感器的灵敏度、响应时间等都息息相关，目前基于MEMS制造工艺的热式风速风向传感器体积小、稳定性高，但目前大部分的风速传感器都在硅衬底上制备，虽然工艺成熟，但是硅导热系数高，导致传感器灵敏度下降，因此，如何减小风速传感器的横向热传递降低响应时间提高传感器的灵敏度一直是研究热点之一，目前降低横向热传递的方法有在硅衬底上制备隔热凹槽，使用低热导率的衬底如陶瓷、玻璃和PI膜等，但是隔热凹槽会使传感器变得脆弱，不易封装，因此需要一种容易封装且灵敏度高的传感器。

发明内容

本发明的目的是提供一种热式风速风向传感器及石墨烯薄膜的制备方法，在不改变衬底材料和增加隔热凹槽的基础上提高风速风向传感器的灵敏度且容易封装。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种热式风速风向传感器，包括：石墨烯薄膜、风速风向计算模块和两个电阻模块；两个所述电阻模块的输入端接电源；两个所述电阻模块的输出端均与所述风速风向计算模块的输入端连接；所述电阻模块包括两个电阻单元；同一电阻模块内的两个电阻单元串联；四个电阻单元以所述石墨烯薄膜呈中心对称分布设置在所述石墨烯薄膜的四周。

可选的，所述电阻单元均包括：第一电阻和第二电阻；同一所述电阻模块内的两个第一电阻串联，同一所述电阻模块内的两个第二电阻串联。

可选的，同一所述电阻单元内的所述第一电阻与所述第二电阻之间的距离等于所述第一电阻与所述石墨烯薄膜之间的距离；所述第一电阻位于所述石墨烯薄膜与所述第二电阻之间。

可选的，所述热式风速风向传感器，还包括：分别与所述电阻模块和所述风速风向计算模块连接的差分电压放大模块。

可选的，所述差分电压放大模块为运算放大器。

可选的，所述电阻模块的输出端包括第一输出口和第二输出口；所述运算放大器的正极输入端与所述电阻模块的第一输出口连接，所述运算放大器的负极输入端与所述电阻模块的第二输出口连接。

一种石墨烯薄膜的制备方法，用于制备如上所述的石墨烯薄膜，所述方法包括：

制备氧化石墨烯溶液；

将所述氧化石墨烯溶液抽滤成膜并冷冻干燥形成多孔氧化石墨烯膜；

将所述多孔氧化石墨烯膜加热到设定温度冷却后取出形成石墨烯薄膜。

可选的，所述氧化石墨烯溶液的浓度具体为：0.5mg/ml-5mg/ml。

可选的，所述将所述多孔氧化石墨烯膜加热到设定温度冷却后取出形成石墨烯薄膜，具体包括：

将所述多孔氧化石墨烯膜以5℃/min-20℃/min速率升温加热到500℃～800℃后维持1h，然后以5℃/min-20℃/min的速率升温，加热到2800℃～3000℃后维持1h后，冷却后取出形成石墨烯薄膜。