柔性量热式矢量流速传感器及其制备方法

本发明涉及流速传感器，尤其是涉及一种柔性量热式矢量流速传感器及其制备方法。

背景技术：

1、气流速度是一项重要的流场参数，在环境监测、气流调节、无人机飞行控制等多个领域中，空气流速矢量的精确感知都具有十分重要的意义；随着工业的发展，许多小型设备如便携式空速计、微型无人机等对流速矢量的精确检测提出了更高的需求；传统的流速测量技术如桨叶式风速计、超声波风速计、皮托管等由于其体积大，非柔性而难以在小型设备上实现灵活安装，因此基于mems工艺的热式流速传感器以其体积小、稳定性高、便于携带、灵敏度高和产品一致性好等特点，成为近年来流速传感器研究的主流，如专利cn112730945a提供的一种基于自加热非晶锗热电阻的柔性mems流速传感器，通过位于隔热空腔之上的悬空膜测温热电阻对测量环境流体温度的变化进而测量流速，但是该流速传感器使用过程中，流体只能通过在绝缘保护层的外表面即流速敏感面流动实现与测温热电阻的热交换，热交换效果较差，影响流速感知的灵敏度。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种柔性量热式矢量流速传感器及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，提升流速感知的灵敏度。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种柔性量热式矢量流速传感器，包括柔性基板、信号传输组件及测温组件，所述柔性基板一侧面上设置有连通外界的凹槽；信号传输组件固定设置于所述柔性基板上；测温组件固定设置于所述凹槽的敞口侧，且所述测温组件与所述凹槽底壁之间具有间隙；所述测温组件与所述信号传输组件连接，并用于通过所述信号传输组件电连接于处理电路；所述测温组件用于在流场作用下发生温度变化并引起接入所述处理电路的电阻变化。

4、优选地，所述测温组件包括加热部件和多个环绕所述加热部件设置的感温电阻部件，所述加热部件和各所述感温电阻部件均固定设置于所述凹槽的敞口侧，与所述凹槽底壁之间均具有所述间隙；所述加热部件与所述信号传输组件连接，并用于通过所述信号传输组件电连接于外部电路以对周围流体加热；各所述感温电阻部件均与所述信号传输组件连接，并用于通过所述信号传输组件电连接于所述处理电路；各所述感温电阻部件用于在流场作用下与所述加热部件加热的流体热交换发生温度变化并引起电阻变化。

5、优选地，所述柔性基板包括柔性电路板和固定覆设于所述柔性电路板一侧面的柔性薄膜，所述信号传输组件固定设置于所述柔性薄膜上，所述测温组件设置于所述凹槽的敞口侧并与所述柔性薄膜固定连接。

6、优选地，所述凹槽包括交叉设置的第一沟槽和第二沟槽，所述加热部件设置于所述第一沟槽和所述第二沟槽的交叉处；所述第一沟槽的敞口侧固定设置有两个分别位于所述加热部件两侧的所述感温电阻部件，所述第二沟槽的敞口侧固定设置有两个分别位于所述加热部件两侧的所述感温电阻部件。

7、优选地，所述第一沟槽和所述第二沟槽相互垂直，且所述第一沟槽和所述第二沟槽的长宽比均大于5；多个所述感温电阻部件关于所述加热部件中心对称分布。

8、优选地，各所述感温电阻部件设置为氧化钒半导体，所述加热部件设置为金属材质。

9、优选地，所述信号传输组件包括多个固定设置于所述柔性基板上的信号导线和焊盘，所述加热部件与两个所述信号导线一端连接，各所述感温电阻部件均与两个所述信号导线一端连接，且各所述信号导线的一端均连接有一个所述焊盘。

10、优选地，还包括防水保护层，所述防水保护层覆设于所述柔性基板、所述信号传输组件和所述测温组件的裸露部分。

11、本发明还提供一种上述柔性量热式矢量流速传感器的制备方法，包括在柔性基板上加工信号传输组件和测温组件，使所述测温组件与所述信号传输组件连接；在所述柔性基板上加工凹槽，使所述测温组件固定设置于所述凹槽的敞口侧，并使所述测温组件与所述凹槽底壁之间具有间隙。

12、优选地，还包括步骤：在柔性电路板上固化一层柔性薄膜形成所述柔性基板；并在所述柔性薄膜表面上加工所述信号传输组件和所述测温组件；首先在所述柔性薄膜上开窗，然后腐蚀所述柔性电路板的铜层以形成所述凹槽。

13、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

14、本发明提供的柔性量热式矢量流速传感器，设置为柔性基板，柔性化的特点，满足轻量化、曲面流速感知需求；测温组件能够在流场作用下发生温度变化并引起接入处理电路的电阻变化，进而处理电路通过信号传输组件感知电阻变化并进行处理得到测温组件的当前温度变化进而得到流体信息如流速；此外在柔性基板上设置连通外界的凹槽，并将测温组件设置于凹槽的敞口侧，且测温组件与凹槽底壁之间具有间隙，当流体发生移动时，流体能够进入凹槽内并能够流经测温组件和凹槽之间的间隙，且流体还能够从凹槽的敞口侧流过与测温组件接触，因此流体能够与测温组件的多个侧面发生接触，相比于隔热空腔的设置方式能够提升流体和测温组件的换热面积，进而增强对流传热，提高温度响应，提升流速感知的灵敏度。

15、本发明提供的柔性量热式矢量流速传感器的制备方法，通过在柔性基板上加工凹槽，并使测温组件固定设置于凹槽的敞口侧，并与凹槽底壁之间具有间隙，当流体发生移动时，流体能够进入凹槽内并能够流经测温组件和凹槽之间的间隙，且流体还能够从凹槽的敞口侧流过与测温组件接触，因此流体能够与测温组件的多个侧面发生接触，相比于隔热空腔和实心结构的设置方式能够提升流体和测温组件的换热面积，进而增强对流传热，提高温度响应，提升流速感知的灵敏度。

技术特征：

1.一种柔性量热式矢量流速传感器，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的柔性量热式矢量流速传感器，其特征在于：所述测温组件(40)包括加热部件(41)和多个环绕所述加热部件(41)设置的感温电阻部件(42)，所述加热部件(41)和各所述感温电阻部件(42)均固定设置于所述凹槽(20)的敞口侧，与所述凹槽(20)底壁之间均具有所述间隙；所述加热部件(41)与所述信号传输组件(30)连接，并用于通过所述信号传输组件(30)电连接于外部电路以对周围流体加热；各所述感温电阻部件(42)均与所述信号传输组件(30)连接，并用于通过所述信号传输组件(30)电连接于所述处理电路；各所述感温电阻部件(42)用于在流场作用下与所述加热部件(41)加热的流体热交换发生温度变化并引起电阻变化。

3.根据权利要求1所述的柔性量热式矢量流速传感器，其特征在于：所述柔性基板(10)包括柔性电路板(11)和固定覆设于所述柔性电路板(11)一侧面的柔性薄膜(12)，所述信号传输组件(30)固定设置于所述柔性薄膜(12)上，所述测温组件(40)设置于所述凹槽(20)的敞口侧并与所述柔性薄膜(12)固定连接。

4.根据权利要求2所述的柔性量热式矢量流速传感器，其特征在于：所述凹槽(20)包括交叉设置的第一沟槽(21)和第二沟槽(22)，所述加热部件(41)设置于所述第一沟槽(21)和所述第二沟槽(22)的交叉处；所述第一沟槽(21)的敞口侧固定设置有两个分别位于所述加热部件(41)两侧的所述感温电阻部件(42)，所述第二沟槽(22)的敞口侧固定设置有两个分别位于所述加热部件(41)两侧的所述感温电阻部件(42)。

5.根据权利要求4所述的柔性量热式矢量流速传感器，其特征在于：所述第一沟槽(21)和所述第二沟槽(22)相互垂直，且所述第一沟槽(21)和所述第二沟槽(22)的长宽比均大于5；多个所述感温电阻部件(42)关于所述加热部件(41)中心对称分布。

6.根据权利要求2所述的柔性量热式矢量流速传感器，其特征在于：各所述感温电阻部件(42)设置为氧化钒半导体，所述加热部件(41)设置为金属材质。

7.根据权利要求2所述的柔性量热式矢量流速传感器，其特征在于：所述信号传输组件(30)包括多个固定设置于所述柔性基板(10)上的信号导线(31)和焊盘(32)，所述加热部件(41)与两个所述信号导线(31)一端连接，各所述感温电阻部件(42)均与两个所述信号导线(31)一端连接，且各所述信号导线(31)的一端均连接有一个所述焊盘(32)。

8.根据权利要求1所述的柔性量热式矢量流速传感器，其特征在于：还包括防水保护层(50)，所述防水保护层(50)覆设于所述柔性基板(10)、所述信号传输组件(30)和所述测温组件(40)的裸露部分。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的柔性量热式矢量流速传感器的制备方法，其特征在于：包括步骤：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：还包括步骤：在柔性电路板(11)上固化一层柔性薄膜(12)形成所述柔性基板(10)；

技术总结
本发明公开了一种柔性量热式矢量流速传感器，涉及流速传感器技术领域，包括柔性基板、信号传输组件及测温组件，柔性基板一侧面上设置有连通外界的凹槽；信号传输组件固定设置于柔性基板上；测温组件固定设置于凹槽的敞口侧，且测温组件与凹槽底壁之间具有间隙；测温组件与信号传输组件连接，并用于通过信号传输组件电连接于处理电路；测温组件用于在流场作用下发生温度变化并引起接入处理电路的电阻变化。本发明提供柔性量热式矢量流速传感器，能够提升流速感知的灵敏度。本发明还提供柔性量热式矢量流速传感器的制备方法。

技术研发人员：蒋永刚,公正,叶弘,张恒瑞
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13