【技术实现步骤摘要】
基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器
本专利技术涉及的是一种流速传感器领域的技术，具体是一种基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器及其应用和制备方法。
技术介绍
现有的流速测量方法中，热线/热膜热敏方法是利用热敏电阻线(膜)作为加热或热敏传感元件，外加电流或电压使得热线(膜)升温加热流体，流体流动时引起热敏元件的阻值变化，进而可推算出流体流速的大小。热式MEMS流速传感器的主要结构是在衬底上制作热线/热膜热敏电阻，多数制作在硅、玻璃、陶瓷等刚性衬底上，而实际流速测量应用中有各种非平面表面，如各种翼面、圆形管道面等，刚性衬底流速传感器的使用受到限制，且传感器的结构及其实现宽量程流速测量的信号处理电路复杂。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器，该流速传感器热电阻采用非晶锗半导体热阻材料，非晶锗具有优异的温度特性，例如，较高的TCR热阻系数(约为-2％，是铂的五倍)和电阻率(室温下约5Ω.m)，而且非晶锗薄膜的热导率约为0.5W/(K.m)...
【技术保护点】
1.一种基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器，其特征在于，包括：由下而上依次设置的柔性衬底、支撑膜、绝缘保护层、位于隔热空腔之上支撑膜和绝缘保护层之间的悬空膜加热热电阻和悬空膜测温热电阻对以及位于隔热空腔外柔性衬底之上支撑膜和绝缘保护层之间、用于测量环境流体温度的变化的衬底测温热电阻对，其中：支撑膜部分悬空设置于柔性衬底上，支撑膜和绝缘保护层相连，悬空膜加热热电阻、悬空膜测温热电阻对和衬底测温热电阻对分别通过对应的引线和引脚与外界相连；/n所述的隔热空腔正对于支撑膜的悬空部分；/n所述的悬空膜测温热电阻对包括并排设置的两个悬空膜测温热电阻，该两个测温热电阻对称设置于悬空...
【技术特征摘要】
1.一种基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器，其特征在于，包括：由下而上依次设置的柔性衬底、支撑膜、绝缘保护层、位于隔热空腔之上支撑膜和绝缘保护层之间的悬空膜加热热电阻和悬空膜测温热电阻对以及位于隔热空腔外柔性衬底之上支撑膜和绝缘保护层之间、用于测量环境流体温度的变化的衬底测温热电阻对，其中：支撑膜部分悬空设置于柔性衬底上，支撑膜和绝缘保护层相连，悬空膜加热热电阻、悬空膜测温热电阻对和衬底测温热电阻对分别通过对应的引线和引脚与外界相连；
所述的隔热空腔正对于支撑膜的悬空部分；
所述的悬空膜测温热电阻对包括并排设置的两个悬空膜测温热电阻，该两个测温热电阻对称设置于悬空膜加热热电阻的两侧；
所述的衬底测温热电阻对包括两个衬底测温热电阻，分别设置于支撑膜悬空部分的左右两侧。
2.根据权利要求1所述的基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器，其特征是，所述的悬空膜加热热电阻和悬空膜测温热电阻对嵌于隔热空腔之上的绝缘保护层和支撑膜之间；所述的衬底测温热电阻对嵌于隔热空腔外柔性衬底之上的支撑膜和绝缘保护层之间；
所述的悬空膜加热热电阻位于支撑膜的悬空部分的中央，具体为迂回线状结构。
3.根据权利要求1所述的基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器，其特征是，所述的悬空膜加热热电阻采用单层薄膜或双层薄膜的金属铬、金属铂或金属镍制成。
4.根据权利要求1所述的基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器，其特征是，所述的悬空膜测温热电阻对和衬底测温热电阻对均包括：非晶锗薄膜与作为非晶锗薄膜的两个接触电极的双层金属薄膜。
5.根据权利要求4所述的基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器，其特征是，所述的非晶锗薄膜为长方形块状，其中窄边方向为流速敏感方向，长边方向垂直于流速敏感方向。
6.根据权利要求4所述的基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器，其特征是，所述的接触电极为梳齿形状叉指结构，所述的双层金属薄膜包括粘附层和导电层，其中：粘附层为铬或钛，导电层为金。
7.一种基于权利要求1～6中任一所述柔性传感器的宽量程流速测量方法，其特征在于，通过对衬底测温热电阻对和悬空膜测温热电阻对施加恒定偏置电压并采集其电压信号后换算得到测温热电阻的平均温度和衬底测温热电阻的平均温度，相减得到悬空膜测温热电阻和衬底测温热电阻之间的温度差△T，作为悬空膜加热热电阻温度与被测流体温度之间的实测温度差与设定的参考温度差△Tset进行比较，比较的结果作为PI控制参数产生控制电压信号Vheater，经过功率限幅器后施加在加热热电阻，以实现加热热电阻温度与被测流体温度之间的恒温差闭环控制；将悬空膜测温热电阻对上的两个电压信号差分放大后所得的传感器的非线性流速输出...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔峰，涂云婷，冯剑玮，赵韦良，张卫平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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