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航空航天领域、军事领域及生物医疗领域的发展对传感器的要求越来越高,传统的流速传感器已无法满足要求。随着微电子加工技术和 MEMS技术的迅速发展,基于传热学原理的MEMS热式流速传感器由于尺寸小、精度高并能够分辨流向逐渐成为主流。 目前,大部分的流速传感器都只针对于低速或者高速其中一种应用,无法在宽量程内获得高精度的测量,并且大部分传感器都是基于硅衬底,传感器损失到衬底的热量较大,且其无法安装在具有复杂曲率的表面上,从而大大影响了流速传感器的应用范围。 本文设计并制造了基于柔性 MEMS的流速传感器,可用于低速和高速的宽量程测量,并可安装于具有复杂曲率的表面。本论文的主要工作如下: (1)宽量程流速传感器结构设计与仿真。基于柔性 MEMS技术设计了两种结合热损失原理和热温差原理的宽量程流速传感器结构,并利用COMSOL对流速传感器结构分别进行热损失原理和热温差原理的热流场耦合仿真,获得主要结构参数的影响规律。 (2)仿真分析柔性宽量程流速传感器用于迫弹弹道辨识飞行速度测量的可行性。利用COMSOL对迫弹引信流场进行仿真,并进行了传感器与引信的联合仿真,研究了柔性热式流速传感器在引信中的安装位置以及传感器测速和弹速的关系,为柔性流速传感器用于迫弹的弹道辨识提供了一种新方法。 (3)柔性流速传感器的MEMS微加工制造。基于柔性 MEMS技术,采用自上而下的加工工艺流程,对设计的两种柔性流速传感器的结构同时进行流片微制造,最终制造出了尺寸分别为9mm×7mm和6.5mm×7mm的两种结构的柔性流速传感器芯片。 (4)柔性流速传感器的电路设计及初步测试。选择恒温差模式作为传感器的控制电路,分别设计了相应的高流速测量和低流速测量的电桥电路。进行了传感器连线和热阻系数的标定测量。对加热电阻进行了简单的流速测试,确定工作时的电压和电流,验证了传感器的加热电阻满足测速要求。