CN105424969B - 一种磁式类蝎子蛊毛流速流向传感器 - Google Patents

一种磁式类蝎子蛊毛流速流向传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁式类蝎子蛊毛流速流向传感器，是由高纵深比类蛊毛杆、磁铁、平面电极、导电弧形底座、电极引线和磁场支座组成，电极引线包括有第一电极引线和第二电极引线，高纵深比类蛊毛杆、磁铁和导电弧形底座依次装配成一体，形成类蛊毛结构，磁场支座表面具有八个平面电极，导电弧形底座置于磁场支座上，八个平面电极各引出第一电极引线导电弧形底座引出第二电极引线。当有微小流量的气体流过，高纵深比类蛊毛杆受到气流的摩擦力和阻力，使高纵深比类蛊毛相对磁场支座发生偏转。此时导电弧形底座与平面电极相接触成为回路，由于偏转角度不同，所形成电路通路的电阻不相同，偏角越大，电阻越大，从而实现对气体流速的测量。

Description

一种磁式类蝎子蛊毛流速流向传感器
技术领域
本发明属于流速流向传感器领域，具体涉及一种磁式类蝎子蛊毛流速流向传感器。
背景技术
精确测量流体的微流速流向具有十分重要的意义。例如精确测量流体的流速流向可以为监测大气和海洋环境提供必要的分析数据；对人体血管内血液的微流速流向的监测能够为检测人体健康提供必要的分析数据；可以利用气流对智能手机进行一些必要的操控；保持飞船舱内的压力正常，需要对舱体进行检漏，精确检测出微小泄露流速可以有效的计算漏率和漏量，这对长期运行的载人飞船尤为重要；电子工业和精细化工工业中，要求精确控制流体以一定的流速注入，以保证工艺质量和产品性能的稳定。
目前，主要的气体流量检测方法有：机械式气体流量检测(包括膜式气体流量检测和涡轮式气体流量检测)、热线热膜式气体流量检测(HWA)(包括热线仪和基于微电子机械系统(MEMS)的热式气体质量流量检测)、超声和激光多谱勒流速流量检测方法等。但是以上方法在实际应用过程中还存在一定的问题：机械式检测精度低、装置易老化且受温度影响大；HWA式检测时必须对传感器芯片电加热，因而功耗大且不适用于易燃易爆气体的检测；超声和激光多谱勒流速流量检测设备复杂价格昂贵，一般在精密测量实验室或标定其它流速计时使用，并且激光多普勒不适宜测量净化间的微流速。所以，研究具有灵敏度高、经济性好、稳定性好、以及抗干扰强的微流量检测装置具有重要的学术意义和广阔的工程前景。
生物在漫长的进化过程中形成了很多巧妙的结构，为仿生研究提供了优秀的蓝本。蝎子螯肢表面的蛊毛对周边空气极其微小的流量所具有的敏锐的感知能力，为仿生高灵敏的微流量检测装置的创成提供了很好的借鉴。
发明内容
本发明的目的是提供一种磁式类蝎子蛊毛流速流向传感器，其适用于各种气体流速流向(0～1m/s)的检测，其灵敏性高、精度高、体积小经济性好，并且易于批量生产。
本发明是在对蝎子蛊毛体表流量感器感知机理研究的基础上，研发的气体微流速流向检测装置。
本发明是由高纵深比类蛊毛杆、磁铁、平面电极、导电弧形底座、电极引线和磁场支座组成，电极引线包括有第一电极引线和第二电极引线，高纵深比类蛊毛杆、磁铁和导电弧形底座依次装配成一体，形成类蛊毛结构，磁场支座表面具有八个平面电极，导电弧形底座置于磁场支座上，八个平面电极各引出第一电极引线导电弧形底座引出第二电极引线。
当有微小流量的气体流过，高纵深比类蛊毛杆受到气流的摩擦力和阻力，使高纵深比类蛊毛相对磁场支座发生偏转。此时导电弧形底座与平面电极相接触成为回路，由于偏转角度不同，所形成电路通路的电阻不相同，偏角越大，电阻越大，从而实现对气体流速的测量。不同的偏转方向接触的平面电极不同从而实现对流体流速的方向检测，平面电极的数目可以增加到尽可能多个，从而实现任意方向的流体流向检测。
所述的高纵深比类蛊毛杆表面通过蚀刻或喷涂的方法形成非光滑表面以增大与空气的接触力，其纵深比(长度与直径的比)为50～200；高纵深比类蛊毛杆由轻质刚度大的材料制成。导电弧形底座由导电材料制成，平面电极可以由普通的金属材料加工而成。
本发明的有益效果：
本发明是一种磁式类蝎子蛊毛流速流向传感器，由MEMS技术加工而成，当高纵深比类蛊毛杆摆动时，导电弧形底座与平面电极形成回路，以检测电阻变化为表征手段，从而使得其具有灵敏度高、工艺简单、经济性好，适合批量化生产。
附图说明
图1本发明的主视图。
图2本发明的俯视图。
图3本发明测量流速流向时的状态图。
图4本发明测量流速流向时的原理图。
其中：1—高纵深比类蛊毛杆；2—磁铁；3—平面电极；4—导电弧形底座；5—电极引线；6—磁场支座。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例是由高纵深比类蛊毛杆1、磁铁2、平面电极3、导电弧形底座4、电极引线5和磁场支座6组成，电极引线5包括有第一电极引线5a和第二电极引线5b，高纵深比类蛊毛杆1、磁铁2和导电弧形底座4依次装配成一体，形成类蛊毛结构，磁场支座6表面具有八个平面电极3，导电弧形底座4置于磁场支座6上，八个平面电极3各引出第一电极引线5a导电弧形底座4引出第二电极引线5b。
所述的高纵深比类蛊毛杆1由轻质刚度大的材料制成。
本实施例的工作过程和原理：
如图3所示，当测试流速为V的气流时，气流与高纵深比类蛊毛杆1的相互作用力F带动类蛊毛结构偏转，偏转角θ。同时，类蛊毛结构受到磁矩的回复作用。以O1点为中心，类蛊毛结构的力矩平衡方程为：
F1·D＝F·H (1)
式(1)中，D和H分别是相对于O1点的力臂。调整高纵深比类蛊毛杆1的长度，以此改变纵深比，以此改变其流速流向的检测范围。
如图4，当高纵深比类蛊毛杆1受到流量激励而偏转θ时，导电弧形底座4与平面电极3相接触形成电流回路。当偏转角增大时，导电弧形底座4与平面电极3的接触点从N1变为N2，从而接入电路的电阻增大，电阻的大小变化即可量化流速大小。电阻大小与偏转角度的关系为R＝rθμ。其中R为电阻，r为导电弧形底座半径，μ为导电弧形底座的单位长度电阻，θ为偏转角度。导电弧形底座与不同的平面电极相接触，从而实现流体方向的检测。

Claims (2)

1.一种磁式类蝎子蛊毛流速流向传感器，其特征在于：是由高纵深比类蛊毛杆(1)、磁铁(2)、平面电极(3)、导电弧形底座(4)、电极引线(5)和磁场支座(6)组成，电极引线(5)包括有第一电极引线(5a)和第二电极引线(5b)，高纵深比类蛊毛杆(1)、磁铁(2)和导电弧形底座(4)依次装配成一体，形成类蛊毛结构，磁场支座(6)表面具有八个平面电极(3)，导电弧形底座(4)置于磁场支座(6)上，八个平面电极(3)各引出第一电极引线(5a)，导电弧形底座(4)引出第二电极引线(5b)。
2.根据权利要求1所述的一种磁式类蝎子蛊毛流速流向传感器，其特征在于：所述的高纵深比类蛊毛杆(1)由轻质刚度大的材料制成。
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