得益于微加工技术、集成电路技术、封装技术以及设计仿真技术的不断进步,微传感器技术能够不断地向着更高性能、更小体积、更低功耗以及更多功能的方向发展。其中一个主要的发展方向便是模仿自然界生物系统中的微传感器的结构与原理,这种传感器被称作仿生式传感器。自然界的生物通常都存在一些具有优异传感器特性的生理结构,可以实现多种传感器功能,例如维持平衡、进行惯性敏感以及对气体和化学成分进行检测等等。其中一个典型的、分布非常广泛并且作用十分多样的结构形式就是毛发结构。本文在对自然界毛发结构及工作原理进行分析的基础上,对毛发流速微传感器的设计以及具体结构形式进行探索设计,并对结构进行仿真验证及性能优化,最后对加工出的传感器实物进行了性能测试。本文着重进行了以下几点的研究:(1)毛发流速微传感器的工作机理和运动特性研究首先对自然界的毛发结构及其在气流中的运动状态进行了理论分析,介绍了圆柱毛发空气绕流动力学模型。同时对本文设计所采用的双端固定音叉谐振敏感结构的工作原理进行了介绍,并对其采用的静电驱动及电容检测原理进行了阐述。最后对本设计中所采用的微杠杆力放大机构的工作原理进行了介绍。(2)毛发流速微传感器的结构设计在对国内外毛发传感器分析的基础上,结合以往对MEMS惯性器件的设计经验,提出了本文所设计的毛发流速微传感器的具体结构。在本设计中,创新地采用了谐振频率敏感的形式,该敏感方式相较于传统的电容容值敏感方式,具有精度高,对数字电路兼容性好,抗干扰能力强等优点。同时在具体结构设计中,采用了二级杠杆放大的形式,其中第一级杠杆结构采用了一种新型的不对称旋转力放大结构,具有放大系数高,可充分利用传感器结构空间等优点。随后对传感器各部分的结构进行理论分析,并做了细致的仿真优化,包括:不对称旋转中心的弹性梁设计、四周摆动抑制梁的参数设计、不对称旋转力放大机构的参数优化设计、二级力放大杠杆结构参数的优化。最后对双端固定音叉的结构形式以及所采用的驱动及检测电容的结构形式进行了介绍,并对双端固定音叉的参数设计进行了初步仿真。(3)毛发流速微传感器的有限元仿真及误差分析利用有限元仿真软件对本文所设计的毛发微流速传感器结构设计进行了理论仿真,包括模态仿真、热应力仿真、瞬态冲击仿真。随后对传感器的性能进行了仿真验证。最后针对不同的毛发结构对传感器性能的影响进行了仿真分析。通过对传感器整体结构的仿真,对传感器结构的可行性及理论性能进行了验证分析。(4)毛发流速微传感器的制作和性能测试介绍了 DDSOG加工工艺,并给出了毛发流速微传感器中硅微传感器部分的引线及封装步骤。在完成封装后,对毛发的粘合步骤进行了介绍。随后搭建了相应的测控电路,对传感器的性能进行了测试。初步实验测试结果如下:谐振器的固有频率为17032.81Hz和19362.99Hz;实现了对1～10m/s流速输入的敏感,传感器的灵敏度为5.03Hz/(m/s)2。从实验结果可以看出,本文所设计的毛发流速微传感器是成功的,能够较好地实现对流速敏感的功能。