一种石墨烯风速风向传感器制造技术

一种石墨烯风速风向传感器，主要结构由氮化硼/石墨烯/氮化硼纳米薄膜阵列、加热电阻、引线柱、基片、玻璃基座、封装外壳组成，检测由基片、纳米薄膜、加热电阻组成，基片下侧布置有纳米薄膜阵列，纳米薄膜由上下两层氮化硼与夹在中间的石墨烯组成，纳米薄膜阵列四周布置了恒功率控制的加热电阻，基片底部外周侧通过封装合金键合在陶瓷基板上构成密封腔体，隔绝了纳米薄膜阵列与外界的直接接触，陶瓷基板通过绝热胶固定在玻璃基座上，纳米薄膜均与电极相连，电极通过引线柱连接外部，该结构设计紧凑，易于集成，传感器可以实现对风速风向即时、准确的检测。

A wind speed and wind direction sensor for graphene

A graphene wind sensor, which is mainly composed of boron nitride / graphene / boron nitride nano thin film array, a heating resistor, wire column, substrate, glass base, package, testing consists of substrate, nano film, heat resistance, the lower side of a substrate arranged nano thin film array, nano film by boron nitride layer two and caught in the middle of graphene, nano thin film array layout of the heating resistance around the constant power control of the substrate at the bottom of the outer peripheral side by encapsulating the alloy bonding sealing cavity formed on a ceramic substrate, from direct contact with nano film array with the outside world, fixed on a glass ceramic substrate on the base of the adiabatic adhesive, nano thin films are connected with the electrode, electrode by wire column is connected with the external design of the structure, compact, easy integration, the sensor can be achieved on the wind that Time and accurate detection.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯风速风向传感器
本专利技术涉及一种石墨烯风速风向传感器，属流体测量的

技术介绍
到目前为止，人们根据光学、力学以及热力学等领域的研究成果开发了很多测量流体、流场的传感器，比如有早期的比托管和风速计，后来的热线热膜风速仪(HWA),以及近期出现的激光流速计(LDV)等，比托管的结构简单，使用方便，坚实可靠，价格低廉，但是其测速的范围比较窄，一般用来测量旺盛湍流的平均流速，所以测量的速度一般比较快，仅能测量二维流场，不能敏感反向流动，不能测量湍流流动的流场分布；热线热膜风速仪能够实现连续测量，信噪比好，能够分离和测量三维流场，测量的范围比较大，而且能够测量微风速，其灵敏度非常高，被广泛地应用于各种领域，比如测模拟风洞的速度场，换热管肋片周围的速度场，内燃机的流动特性等。热线风速仪测量风速的基本原理是热平衡原理，利用放置在流场中的具有加热电流的细金属丝来测量流场中的流速，空气的流动会带走金属丝的热量，从而产生电信号而获得风速，具体工作机理分为恒流式与恒温式，恒流式通过热线的电流保持不变，金属丝热量散失温度下降电阻率发生变化，从而两端的电压发生变化，由此测量风速；恒温式保持热线的温度保持不变，根据所施加的电流可度量流速。热线式风速仪由于探测元件一般选择铂等金属丝的限制，导热系数较低，对风速的测量仍有一定的滞后性，无法实现对风速的即时测量，而且无法实现对风向的测量。针对上述问题，本专利技术提出一种石墨烯风速风向传感器。利用石墨烯高达5300W/K·的导热系数和温敏效应，可即时反馈传感器周围环境由风速导致的温度变化，通过芯片阵列可测量对称区域由于风强迫对流而引起的温差，同时实现对风速风向的准确测量。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的就是针对
技术介绍
的不足，设计一种石墨烯风速风向传感器，实现对风速风向即时准确的测量。技术方案本专利技术的主要结构由氮化硼/石墨烯/氮化硼纳米薄膜阵列、加热电阻、引线柱、基片、陶瓷基板、玻璃基座、封装外壳组成。在玻璃基座83上设置陶瓷基板81，并由绝热胶82粘结牢固，在陶瓷基板81表面通过密封环79、80键合基片1，基片1下表面布置了氮化硼/石墨烯/氮化硼纳米薄膜阵列(2、3、4、110、111、112、113、114、115)，并通过复合电极(5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22)固定并实现电学连接，纳米薄膜(2、3、4、110、111、112、113、114、115)四周布置有加热电阻(23、24、25、26)，引线柱(84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、100、101、102、103、104、105、106、107、108、109)与互连电极相连，贯穿陶瓷基板81和玻璃基座83连接外部电路，互连电极由互连凸点(27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52)与互连焊盘(53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79)键合构成，复合电极(5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22)通过布线与互连凸点(27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44)电学连接，加热电阻与互连凸点(45、46、47、48、49、50、51、52)电学连接。基片1下部布置了氮化硼/石墨烯/氮化硼纳米薄膜(2、3、4、110、111、112、113、114、115)阵列，由上下两层氮化硼层以及中间石墨烯层构成，器件中氮化硼的层数大于等于1；纳米薄膜(2、3、4、110、111、112、113、114、115)阵列四周布置有加热电阻(23、24、25、26)，四个方向上的加热电阻(23、24、25、26)用来对纳米薄膜(2、3、4、110、111、112、113、114、115)进行对称的加热。陶瓷基板81通过密封环(79、80)键合基片1，基片1、陶瓷基板81、密封环(79、80)构成了一个密封的无氧腔，隔绝了纳米薄膜与外界的直接接触，玻璃基座83与陶瓷基板81由绝热胶82连接，将器件固定。复合电极(5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22)分别布置在石墨烯薄膜两侧，用于导出氮化硼/石墨烯/氮化硼纳米薄膜中的电学响应，引线柱(84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、100、101)用于传递氮化硼/石墨烯/氮化硼纳米薄膜(2、3、4、110、111、112、113、114、115)对温度信号的电学响应，引线柱(102、103、104、105、106、107、108、109)分别连接加热电阻(23、24、25、26)，为其提供电流。加热电阻(23、24、25、26)加热的方式为恒流式，布置于纳米薄膜(2、3、4、110、111、112、113、114、115)阵列四周，对其进行对称加热。浸润层(117、118、119、120、121、122、123、124、125、126、127、128、129、130、131、132、133、134)，分别连接复合电极(5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22)，密封环(79、80)与基片1，加大粘合力。封装外壳116用以隔绝外部环境，支撑、保护内部表头结构。有益效果本专利技术与
技术介绍
相比具有明显的先进性，利用石墨烯高达5300W/K·的导热系数和温敏效应，提出将石墨烯应用于风速风向传感器，石墨烯被氮化硼纳米薄膜夹在中间，有效的消除了周围环境中的干扰因素，提升了器件的可靠性，石墨烯可即时反馈传感器周围环境由风速导致的温度变化，可测量芯片上对称区域由于风强迫对流而引起的温差，使器件同时实现对风速风向的即时准确测量。附图说明图1为本专利技术实施例的立体示意图；图2为本专利技术实施例的整体结构剖面示意图；图3为本专利技术实施例的芯片结构立体示意图；图4为本专利技术实施例的芯片结构仰视图；图5为本专利技术实施例的石墨烯敏感结构图；图6为本专利技术实施例的石墨烯敏感结构俯视图；图7为本专利技术实施例的石墨烯敏感结构截面图；图8为本专利技术实施例的石墨烯敏感结构与电极连接处的截面图。图中所示，附图标记清单如下：1、基片；2、纳米薄膜；3、纳米薄膜；4、纳米薄膜；5、复合电极；6、复合电极；7、复合电极；8、复合电极；9、复合电极；10、复合电极；11、复合电极；12、复合电极；13、复合电极；14、复合电极；15、复合电极；16、复合电极；17、复合电极；18、复合电极；19、复合电极；20、复合电极；21、复合电极；22、复合电极；23、加热电阻；24、加热电阻；25、加热电阻；26、加热电阻；27、互连凸点；28、互连凸点；29、互连凸点；30、互连凸点；31、互连凸点；32、互连凸点；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯风速风向传感器，其特征在于，所述传感器包括：封装外壳，所述封装外壳内部提供一个内部检测空间；检测单元，所述检测单元设置在所述内部检测空间内，所述检测单元包括密封内部检测空间、并与被测的风流体进行热量交换的基片，及设置在基片面向内部检测空间一侧的检测阵列，所述检测阵列包括呈阵列式排布的多个检测子单元，所述检测子单元为氮化硼/石墨烯/氮化硼纳米薄膜；加热电阻，在所述检测单元外周侧对称布置加热电阻，所述加热电阻设置于所述基片；所述内部检测空间提供一个密封所述检测阵列的密封腔体，所述检测子单元连接外部检测组件。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯风速风向传感器，其特征在于，所述传感器包括：封装外壳，所述封装外壳内部提供一个内部检测空间；检测单元，所述检测单元设置在所述内部检测空间内，所述检测单元包括密封内部检测空间、并与被测的风流体进行热量交换的基片，及设置在基片面向内部检测空间一侧的检测阵列，所述检测阵列包括呈阵列式排布的多个检测子单元，所述检测子单元为氮化硼/石墨烯/氮化硼纳米薄膜；加热电阻，在所述检测单元外周侧对称布置加热电阻，所述加热电阻设置于所述基片；所述内部检测空间提供一个密封所述检测阵列的密封腔体，所述检测子单元连接外部检测组件。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯风速风向传感器，其特征在于，所述封装外壳内部具有一个固定基座；所述固定基座、封装外壳及基片共同界定所述内部检测空间。3.根据权利要求1所述的一种石墨烯风速风向传感器，其特征在于，所述检测子单元呈阵列式排布，在横向及纵向上的数量相同，并呈均匀分布在所述检测空间内，并横向及纵向的之间间距均相同。4.根据权利要求1所述的一种石墨烯风速风向传感器，其特征在于，所述加热电阻对称的分布在所述检测阵列四周侧，所述加热电阻的数量为至少四个。5.根据权利要求2所述的一种石墨烯风速风向传感器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李孟委，赵世亮，吴承根，王莉，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14