基于MEMS技术的无线无源流量传感器制造技术

本发明专利技术涉及流量传感器以及MEMS技术领域，具体为一种基于MEMS技术的无线无源流量传感器。一种基于MEMS技术的无线无源流量传感器，包括一个呈空心筒状结构的无线无源流量传感器敏感单元；所述的无线无源流量传感器敏感单元包括呈空心筒状结构的基于MEMS技术的敏感单元、嵌套固定在基于MEMS技术的敏感单元的外部的呈空心筒状结构的敏感单元基底以及构成无线无源流量传感器敏感单元的两个端口的一对环状的电极。本发明专利技术作为一种基于MEMS技术的新型流量传感器，由于其结构简单，受管道口径影响较小，可以实现自供能，所以可被应用于各种环境的管道流量监测系统，尤其是在野外管道监测，微流系统流量监测等传统流量传感器受限的极限环境系统中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及流量传感器以及MEMS
，具体为一种基于MEMS技术的无线无源流量传感器。
技术介绍
流体流量的测量在工业生产和过程控制中占有重要地位。特别是在能源、冶金、运输、医疗器械、科学实验等领域。流量传感器的适应工作环境能力的大小，以及测量精度的高低等指标都极大地影响着社会各行业的发展。现如今向数字化、智能化、微型化、多功能化、网络化发展是流量传感器将来发展的必然趋势,因此研究高质量的流量传感器是十分必要的。目前常规的流体流量传感器可大致分为以下几类：1.容积式流量传感器：把流体不断充满和排放已知容积的测量原件，从而累加计得流体的流量。如中国专利技术专利201110061455.02.涡轮式流量传感器：液体流动冲击涡轮叶片转动，根据法拉第电磁感应定律将涡轮的转动能转化为电信号输出，得到流量信号。如中国专利技术专利201110061455.03.差压式流量传感器：通过测量当流体流过管道中的节流件时前后出现的压力差值 ,而获得与之相关的流量值 。如中国专利技术专利200910010946.54.电磁流量传感器：导电液体流动切割磁感线，产生感应电动势，因为电动势与流速成正比，所以可得知对应流量值。如中国专利技术专利201510265254.05.超声波流量传感器：依据的是超声波在流体中传播时会携带流体流速信息的原理。如中国专利技术专利201410818583.9上述传统流量传感器存在有智能化低，需要有线源供电，不能实现无线传输、传感器网络化管理等不足，此外由于结构复杂，体积较大，介入流体部分过多，不适用于微流量的测量，应用环境有限。因此有必专利技术一种新型的流体流量传感器。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于MEMS技术，可实现无线传输、无源自供能的流体流量传感器，以解决现有的流量传感器存在有智能化低，需要有线源供电，不能实现无线传输、传感器网络化管理等不足，且不适用于微流量的测量的技术问题。本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种基于MEMS技术的无线无源流量传感器，包括一个呈空心筒状结构的无线无源流量传感器敏感单元；所述的无线无源流量传感器敏感单元包括呈空心筒状结构的基于MEMS技术的敏感单元、嵌套固定在基于MEMS技术的敏感单元的外部的呈空心筒状结构的敏感单元基底以及构成无线无源流量传感器敏感单元的两个端口的一对环状的电极；所述电极与相邻的基于MEMS技术的敏感单元及敏感单元基底的两端之间密封连接；电极的内壁周圈固定有封装电极硅胶，电极与基于MEMS技术的敏感单元电连接，其中一个电极作为高电压端，另一个电极作为低电压端；还包括电源管理模块和无线信号传输模块；所述高电压端与电源管理模块的输入端正极相连接，所述低电压端与电源管理模块的输入端负极相连接；电源管理模块的输出端正极与无线信号传输模块的电源正极相连接，电源管理模块的输出端负极与无线信号传输模块的电源负极相连接；高电压端还与无线信号传输模块的信号输入端相连接；基于MEMS技术的敏感单元以及固定有封装电极硅胶的电极的内部空间构成流体通道。如图1所示，无线无源流体流量传感器包括第一部分，第二部分，第三部分。第一部分为无线无源流量传感器敏感单元部分。在此部分中，流体通道内的流体与基于MEMS技术的敏感单元（疏水纳米材料）表面发生摩擦耦合，产生对应电压信E，电压信号通过基于MEMS技术的敏感单元两端的电极，传输于第二部分及第三部分。第二部分为无线无源流量传感器电源管理模块。在此部分中，被捕获的电压信号经过电源管理模块内部的整流滤波电路后，进入储能单元，作为第三部分无线信号传输模块的能源。第三部分为无线无源流量传感器中的无线信号传输模块。在此部分中，被捕获的电压信号进入无线信号传输模块，经过A\\D转换电路转换为脉冲信号，调制于振荡电路所产生的正弦信号中，调制后的信号经过放大电路，将携带有流量信息的电压信号以无线电的形式传送至附近的信号存储基站。终端控制器从信号存储基站中提取信号后，根据已知的流量与电压信号大小之间对应关系，计算出对应的流量大小，显示并记录数据，至此流量监测过程结束。所述无线信号传输模块和电源管理模块可采用现有的公知电路。进一步的，所述无线信号传输模块和电源管理模块集成在同一块电路板上并制成筒状结构密封嵌套装配于敏感单元基底的外壁上；筒状结构电路板的两端均与电极相连接；还包括一个空心筒状的外壳基座；所述装配有筒状结构电路板的无线无源流量传感器敏感单元嵌套固定于外壳基座内部；筒状结构电路板一半为无线信号传输模块，另一半为电源管理模块；外壳基座的两端口均固定有一个法兰；法兰中心孔内径与流体通道内径相同且法兰中心孔内径与流体通道的中心轴线共线；法兰朝向电极一侧的端面与电极外侧边密封连接，法兰中心孔内壁与封装电极硅胶之间密封连接；无线信号传输模块的工作天线嵌于外壳基座中。无线无源流量传感器敏感单元和电源管理模块及无线信号发射模块集成在一个筒状的外壳基座内，整个装置体积小巧，部件都位于外壳基座内部，提高了使用寿命，携带使用都十分方便。图4为无线无源流量传感器网络化管理信号传输拓扑图，无线无源流量传感器将信号传输至附近节点位置的信号存储基站，由终端控制器从信号存储基站中提取信号，平行节点基站间的环形拓扑结构可实现信息共享，以达到终端控制器访问任意一个基站就可获取全部信息的目的。上述第一部分无线无源流量传感器敏感单元部分信号采集的实验数据如图5、6所示：图5为420mMKCL溶液流速固定的情况下，无线无源流量传感器敏感单元部分对应产生的电流信号与相同流速的去离子水没有明显的电流信号形成对比；图6为420mMKCL溶液流速固定的情况下，无线无源流量传感器敏感单元部分对应产生的电压信号与相同流速的去离子水没有明显的电压信号形成对比。本专利技术作为一种基于MEMS技术的新型流量传感器，由于其结构简单，受管道口径影响较小，可以实现自供能，所以可被应用于各种环境的管道流量监测系统，尤其是在野外管道监测，微流系统流量监测等传统流量传感器受限的极限环境系统中。此外，根据信号传输网络拓扑结构，可以实现传感器的智能化和网络化管理。附图说明图1：基于MEMS技术的无线无源流量传感器的工作流程图。图2：基于MEMS技术的无线无源流量传感器结构图，图中1-电极，2-外壳基座，3-无线信号传输模块，4-电源管理模块，5-敏感单元基底，6-法兰，7-流体通道，8-封装电极硅胶，9-基于MEMS技术的敏感单元。图3为图2的侧视图。图4：无线无源流量传感器网络化管理信号传输拓扑图，10-终端控制器，11-信号存储基站，12-基于MEMS技术的无线无源流量传感器。图5 基于MEMS技术的无线无源流量传感器信号采集的实验数据一（电流随时间的变化）。图6基于MEMS技术的无线无源流量传感器信号采集的实验数据二（电压随时间的变化）。图7无线信号传输模块和电源管理模块电路结构图。具体实施方式一种基于MEMS技术的无线无源流量传感器，包括一个呈空心筒状结构的无线无源流量传感器敏感单元；所述的无线无源流量传感器敏感单元包括呈空心筒状结构的基于MEMS技术的敏感单元9、嵌套固定在基于MEMS技术的敏感单元9的外部的呈空心筒状结构的敏感单元基底5以及构成无线无源流量传感器敏感单元的两个端口的一对环状的电极1；所述电极1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MEMS技术的无线无源流量传感器，其特征在于，包括一个呈空心筒状结构的无线无源流量传感器敏感单元；所述的无线无源流量传感器敏感单元包括呈空心筒状结构的基于MEMS技术的敏感单元（9）、嵌套固定在基于MEMS技术的敏感单元（9）的外部的呈空心筒状结构的敏感单元基底（5）以及构成无线无源流量传感器敏感单元的两个端口的一对环状的电极（1）；所述电极（1）与相邻的基于MEMS技术的敏感单元（9）及敏感单元基底（5）的两端之间密封连接；电极（1）的内壁周圈固定有封装电极硅胶（8），电极（1）与基于MEMS技术的敏感单元（9）电连接，其中一个电极（1）作为高电压端，另一个电极作为低电压端；还包括电源管理模块（4）和无线信号传输模块（3）；所述高电压端与电源管理模块（4）的输入端正极相连接，所述低电压端与电源管理模块（4）的输入端负极相连接；电源管理模块（4）的输出端正极与无线信号传输模块（3）的电源正极相连接，电源管理模块（4）的输出端负极与无线信号传输模块（3）的电源负极相连接；高电压端还与无线信号传输模块（3）的信号输入端相连接；基于MEMS技术的敏感单元（9）以及固定有封装电极硅胶（8）的电极（1）的内部空间构成流体通道（7）。...

【技术特征摘要】
1.一种基于MEMS技术的无线无源流量传感器，其特征在于，包括一个呈空心筒状结构的无线无源流量传感器敏感单元；所述的无线无源流量传感器敏感单元包括呈空心筒状结构的基于MEMS技术的敏感单元（9）、嵌套固定在基于MEMS技术的敏感单元（9）的外部的呈空心筒状结构的敏感单元基底（5）以及构成无线无源流量传感器敏感单元的两个端口的一对环状的电极（1）；所述电极（1）与相邻的基于MEMS技术的敏感单元（9）及敏感单元基底（5）的两端之间密封连接；电极（1）的内壁周圈固定有封装电极硅胶（8），电极（1）与基于MEMS技术的敏感单元（9）电连接，其中一个电极（1）作为高电压端，另一个电极作为低电压端；还包括电源管理模块（4）和无线信号传输模块（3）；所述高电压端与电源管理模块（4）的输入端正极相连接，所述低电压端与电源管理模块（4）的输入端负极相连接；电源管理模块（4）的输出端正极与无线信号传输模块（3）的电源正极相连接，电源管理模块（4）的输出端负极与无线信号传输模块（3）的电源负极相连接；高电压端还与无线信号传输模块（3）的信号输入端相连接；基于MEMS技术的敏感单元（9）以及固定有封装电极硅胶（8）的电极（1）的内部空间构成流体通道（7）。2.如权利要求1所述的基于MEMS技术的无线无源流量传感器，其特征在于，所述无线信号传输模块（3）和电源管理模块（4）集成在同一块电路板上并制成筒状结构密封嵌套装配于敏感单元基底（5）的外壁上；筒状结构电路板的两端均与电极（1）相连接；还包括一个空心筒状的外壳基座（2）；所述装配有筒状结构电路板的无线无源流量传感器敏感单元嵌套固定于外壳基座（2）内部；筒状结构电路板一半为无线信号传输模块（3），另一半为电源管理模块（4）；外壳基座（2）的两端口均固定有一个法兰（6）；法兰（6）中心孔内径与流体通道（7）内径相同且法兰（6）中心孔内径与流体通道...

【专利技术属性】
技术研发人员：冀健龙，霍远樑，李朋伟，胡杰，桑胜波，张文栋，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14