一种红外检测MEMS流量传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种红外检测MEMS流量传感器，包含红外辐射单元和红外接收单元；所述红外辐射单元包括悬臂设置在管道内且呈空心结构的细软支架、悬挂在细软支架头部的加热电阻、附着在加热电阻上用于向外辐射红外波的黑体、设置在管道外的电压源、两条穿过细软支架用于连接电压源和加热电阻的导线；所述红外接收单元为MEMS红外热电堆传感器阵列，且接收端正对黑体，用于吸收黑体辐射出的红外波，并转化为直流电压；本发明专利技术中用于释放红外辐射的黑体位于管道内部，而用于检测流体流速的MEMS红外热电堆传感器阵列位于管道外部，在工作时其受环境干扰小、热污染低，具有更高的准确度，且对防水、密封性要求低，具有成本低、安装方便等优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种红外检测MEMS流量传感器


[0001]本专利技术涉及流量传感器
，特指一种红外检测MEMS流量传感器。

技术介绍

[0002]MEMS流量传感器芯片是以微电子技术(半导体制造技术)为基础，并结合微加工和精密机械加工等技术制造而成的流量传感器核心器件。目前基于MEMS技术的传感器芯片已广泛的应用于工业控制、汽车电子、医疗器械、分析仪器、空气质量检测等领域。与传统机械式流量计相比，MEMS流量传感器芯片具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、易于集成和实现智能化的特点。
[0003]但是现有传统的热敏电阻或热电堆式MEMS流量传感器，通常需要做防水处理后与管道中液体接触，工作时，传感器首先要通过施加电压进行发热，形成稳定的温度分布，当液体流过传感器时会带走一部分热量，打破原来的稳定温度分布，使得该传感器的两侧形成温度差，进而产生输出电信号；由于现有的热敏电阻或热电堆式MEMS流量传感器需要做防水处理后与管道中液体接触，不仅会受到环境的影响和干扰，且会导致可靠性问题，而且传感器有一部分衬底膜结构，非常薄，在装配过程也会导致传感器损耗。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是为了克服现有技术的不足而提供一种红外检测MEMS流量传感器。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种红外检测MEMS流量传感器，包含红外辐射单元和红外接收单元；
[0006]所述红外辐射单元包括悬臂设置在管道内且呈空心结构的细软支架、设置在管道内且悬挂在细软支架头部的加热电阻、附着在加热电阻上用于向外辐射红外波的黑体、设置在管道外的电压源、两条穿过细软支架用于连接电压源和加热电阻的导线；
[0007]所述红外接收单元为MEMS红外热电堆传感器阵列，且接收端正对黑体，用于吸收黑体辐射出的红外波，并转化为直流电压。
[0008]优选的，所述黑体通过烧结工艺制作在加热电阻上。
[0009]优选的，所述黑体材料为纳米碳管黑体。
[0010]优选的，所述纳米碳管黑体由垂直排列生成的碳纳米管组成。
[0011]优选的，所述加热电阻由铂制成。
[0012]优选的，所述MEMS红外热电堆传感器阵列采用多个MEMS红外热电堆传感器构成；多个所述MEMS红外热电堆传感器呈矩阵排列，且在同一平面上。
[0013]优选的，所述MEMS红外热电堆传感器采用硅基微加工工艺，在硅片支撑层上排布若干个热电偶，把这些热电偶串联起来构成热电堆。
[0014]优选的，所述热电堆的下方设有空腔结构。
[0015]由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：
[0016]1、本专利技术采用红外测温的工作方式以获取流体的流速大小，与传统热敏电阻等方
式相比具有更高的灵敏度；
[0017]2、本专利技术中用于释放红外辐射的黑体位于管道内部，而用于检测流体流速的MEMS红外热电堆传感器阵列位于管道外部，在工作时其受环境干扰小、热污染低，具有更高的准确度；
[0018]3、本专利技术中由于MEMS红外热电堆传感器阵列不直接接触流体，对防水、密封性要求低，具有成本低、安装方便等优点。
附图说明
[0019]下面结合附图对本专利技术技术方案作进一步说明：
[0020]附图1为本专利技术所述的红外检测MEMS流量传感器的剖面图；
[0021]附图2为本专利技术所述的红外检测MEMS流量传感器的俯视图；
[0022]附图3为本专利技术中MEMS红外热电堆传感器阵列的结构图。
[0023]其中：1、MEMS红外热电堆传感器阵列；2、流体；3、电压源；4、导线；5、黑体；6、加热电阻；7、管道；8、细软支架。
具体实施方式
[0024]下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。
[0025]附图1
‑
3为本专利技术所述的红外检测MEMS流量传感器，包含红外辐射单元和红外接收单元；
[0026]所述红外辐射单元包括悬臂设置在管道7内且呈空心结构的细软支架8、设置在管道7内且悬挂在细软支架8头部的加热电阻6、附着在加热电阻6上用于向外辐射红外波的黑体5、设置在管道7外的电压源3、两条穿过细软支架8用于连接电压源3和加热电阻6的导线4；
[0027]所述红外接收单元为MEMS红外热电堆传感器阵列1，且接收端正对黑体5，用于吸收黑体5辐射出的红外波，并转化为直流电压。
[0028]进一步，所述加热电阻6由铂制成，其具有温度系数大、电阻率较高和化学性质稳定。
[0029]进一步，所述黑体5材料为纳米碳管黑体5，由垂直排列生成的碳纳米管组成，其红外发射率值超过0.99。
[0030]进一步，所述黑体5通过烧结工艺制作在加热电阻6上，能大大增加连接强度。
[0031]进一步，所述MEMS红外热电堆传感器阵列1采用多个MEMS红外热电堆传感器构成；九个所述MEMS红外热电堆传感器按照3
×
3的正方形排列，且在同一平面上；当每个MEMS红外热电堆传感器接收到由黑体5发出的红外辐射时，引起热电堆的冷热两端形成温差，进而转换成直流输出电压；其中MEMS红外热电堆传感器可作为一种非接触测温器件，它不需要直接接触被测物体便可快速测得物体表面温度。
[0032]进一步，所述MEMS红外热电堆传感器是根据塞贝克效应机理，采用硅基微加工工艺，在硅片支撑层上排布若干个热电偶，把这些热电偶串联起来构成热电堆。
[0033]进一步，所述热电堆的下方设有空腔结构，用于提高热阻进而提高传感器的灵敏度。
[0034]工作时：首先电压源3通过支架内部的两条导线4给加热电阻6供电，用来加热黑体5，从而使得黑体5向外发出红外辐射；同时MEMS红外热电堆传感器阵列1用来接受黑体5释放的红外辐射；当有流体2流经管道7时，一方面由于细软支架8是软的，会带动黑体5向流体2流动方向发生位移运动，导致黑体5与MEMS红外热电堆传感器阵列1的正对面积产生变化，另一方面流体2会带走一部分由黑体5释放的红外辐射能量，使得MEMS红外热电堆传感器阵列1接收到的红外辐射能量发生变化，从而其输出电压相应发生改变；最后，通过对分析MEMS红外热电堆传感器阵列1的输出电压数值以获取此时流体2的流速大小。
[0035]以上仅是本专利技术的具体应用范例，对本专利技术的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本专利技术权利保护范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外检测MEMS流量传感器，其特征在于：包含红外辐射单元和红外接收单元；所述红外辐射单元包括悬臂设置在管道内且呈空心结构的细软支架、设置在管道内且悬挂在细软支架头部的加热电阻、附着在加热电阻上用于向外辐射红外波的黑体、设置在管道外的电压源、两条穿过细软支架用于连接电压源和加热电阻的导线；所述红外接收单元为MEMS红外热电堆传感器阵列，且接收端正对黑体，用于吸收黑体辐射出的红外波，并转化为直流电压。2.根据权利要求1所述的红外检测MEMS流量传感器，其特征在于：所述黑体通过烧结工艺制作在加热电阻上。3.根据权利要求2所述的红外检测MEMS流量传感器，其特征在于：所述黑体材料为纳米碳管黑体。4.根据权利要求3所述的红外检测MEMS流量传感器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新亮，俞骁，罗芳海，雷中柱，
申请(专利权)人：苏州司南传感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：