[发明专利]管内三维流速传感器及其制造方法

说明书

本公开涉及一种管内三维流速传感器及其制造方法。该管内三维流速传感器包括：管状基底和有至少一个分支的传感器主体；各分支包括依次堆叠的支撑层、应变栅层和封装层，应变栅层包括应变栅和所连接的输入电极、输出电极；各分支包括连接部和所连接的第一、第二固定部，第一、第二固定部分别固定于管状基底的内壁的，且各连接部凸起；应变栅至少部分位于连接部，输入、输出电极位于第一固定部，输入、输出电极连接到检测模块；管状基底的外壁与目标管道内壁固定连接，以使得检测模块基于对应变栅的阻值检测结果确定出目标管道内液体的流速。制造简单、快速，且管内三维流速传感器简单通用、成型良好，集成度、精度与灵敏度高，适用范围广。

技术领域

本公开涉及先进制造技术领域，尤其涉及一种管内三维流速传感器及其制造方法。

背景技术

复杂的三维微纳结构及其组装器件在材料科学、机械设计与微纳电子等诸多领域备受关注，已成为国内外研究的热点。相关技术中，流速传感器包括机械式流速传感器、电磁式流速传感器、声学式流速传感器等。其流速测量原理是将流速大小的变化转为场信号进行传感。但是相关技术中的流速传感器存在以下问题：结构设计与加工工艺较为复杂，对低流速测量灵敏度较低。对复杂曲面的检测环境适应性较低，对管内测试区域局部流场存在干扰。如何提供一种简单通用、器件成型良好、集成度与灵敏度高、适用范围广泛的流速传感器，是亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种管内三维流速传感器及其制造方法。

根据本公开的一方面，提供了一种管内三维流速传感器，所述传感器包括：管状基底和传感器主体，所述传感器主体包括至少一个分支；

每个所述分支包括支撑层、位于所述支撑层上的应变栅层和位于所述支撑层上方封装所述应变栅层的封装层，所述应变栅层包括输入电极、输出电极和连接在所述输入电极和所述输出电极之间的应变栅；

每个所述分支包括第一固定部、第二固定部和连接在所述第一固定部和所述第二固定部之间的连接部，所述第一固定部和所述第二固定部分别固定于所述管状基底的内壁，且每个所述分支的所述第一固定部和所述第二固定部之间的距离小于所述连接部的长度，以使每个所述分支的所述连接部向远离所述内壁的方向凸起；

所述应变栅至少部分位于所述连接部，所述输入电极和所述输出电极位于所述第一固定部，所述输入电极和所述输出电极用于连接到检测模块；

所述管状基底的外表面与目标管道内壁固定连接，以使得所述检测模块在所述目标管道内流入液体时，基于对所述应变栅的阻值检测结果确定出所述液体的流速。

在一种可能的实现方式中，所述传感器包括多个分支，各所述分支依次排列，所述传感器主体呈环状固定在所述管状基底内壁；

相邻的各所述分支的所述第一固定部之间固定连接，所述应变栅层还包括至少一根导线，每根导线位于所述第一固定部且用于将多个应变栅串联，所述输出电极和所述输入电极分别连接到串联的多个应变栅中最外侧的两个。

在一种可能的实现方式中，每个所述分支还包括加厚层，所述加厚层覆盖在所述连接部中靠近所述第二固定部的所述封装层的表面，所述连接部覆盖有所述加厚层的第一部分的宽度大于所述连接部除所述第一部分之外的第二部分的宽度。

在一种可能的实现方式中，每个所述应变栅的形状和/或所述导线的形状为可延展形状，所述可延展形状包括以下至少一种：蛇形、S型、之字形。

在一种可能的实现方式中，所述管状基底的管壁设置有平行于所述管状基底的轴向的缝隙。

在一种可能的实现方式中，所述传感器主体中所述支撑层、所述封装层和所述应变栅层分别为一体结构。

根据本公开的另一方面，提供了一种管内三维流速传感器的制造方法，所述方法包括：