CN106872724B - 一种毛缝结合的仿生气体流速传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种毛缝结合的仿生气体流速传感器，是由嵌缝毛杆、固定底座、第一电极引线和第二电极引线构成，嵌缝毛杆与固定底座装配成一体，形成悬臂梁结构；左侧面引出第一电极引线，右侧面分引出第二电极引线，第一电极引线和第二电极引线均固定于固定底座上，其中嵌缝毛杆由弹性绝缘材料制成，其上表面、左侧面和右侧面均涂覆有导电材料层，右侧面的导电材料层上水平方向加工微纳狭缝。当有微小流速的气体流过时，气流与嵌缝毛杆相互作用，使嵌缝毛杆发生一定程度的偏转，当右侧面微纳狭缝受到拉伸时，偏角越大，狭缝宽度越大，电阻也越大；受到压缩时，偏角越大，狭缝宽度越小，电阻也就越小，从而实现对气体流速的感知测量。

Description

一种毛缝结合的仿生气体流速传感器
技术领域
本发明属于气体流速测量技术领域，具体涉及一种气体流速传感器。通过检测电路中电阻变化大小，来确定被测气体流速大小。
背景技术
精确测量气体微流速具有十分重要的意义。目前主要的气体流速测量方式有机械式气体流速测量检测、热线热膜式气体流速检测(HWA)、超声和激光多普勒(LDA)流速检测方法等。但目前以上测量方法在实际应用中均存在着一定的问题：机械检测精度低、设备易老化且运行受温度影响，检测波动较大；热线热膜式气体流速检测时必须对传感器芯片电加热，所消耗的功率大且不适用于易燃易爆炸气体的检测；超声和激光多普勒流速检测设备复杂价格昂贵，一般在精密测量实验室或标定其他流速计时使用。因此，设计出体积小、结构简单、灵敏度高的微流速检测装置具有重要的现实意义和实用价值。
随着仿生学研究的不断深入，许多科学与技术难题都可以从生物界获得灵感。蝎子的缝感受器是一种极为敏感的机械感受器，可以准确分辨猎物与天敌的细微差别；而蝎子胫节表面的感知毛对周边空气具有极其灵敏的流速感知能力。二者相互配合、协同作用，为设计制造仿生高灵敏传感器提供了天然的生物蓝本。基于蝎子缝感受器和感知毛感知机理的气体流速传感器，具有体积小、结构简单、灵敏度高、易于批量生产等优点。
发明内容
本发明的目的是提供一种毛缝结合的仿生气体流速传感器，其适用于各种气体流速流向(0-10m/s)的检测，体积小、灵敏性高、精度高，并且易于批量生产。
本发明是在对蝎子缝感受器以及感知毛流速感知机理研究的基础上，研发的气体微流速检测传感装置。
本发明是由嵌缝毛杆、固定底座、第一电极引线和第二电极引线构成，嵌缝毛杆与固定底座装配成一体，形成悬臂梁结构；左侧面引出第一电极引线，右侧面分引出第二电极引线，第一电极引线和第二电极引线均固定于固定底座上，其中嵌缝毛杆由弹性绝缘材料制成，嵌缝毛杆上表面、左侧面和右侧面均涂覆有导电材料层，右侧面的导电材料层上水平方向加工有微纳狭缝。
当有微小流速的气体流过时，气流与嵌缝毛杆相互作用，使嵌缝毛杆发生一定程度的偏转，当右侧面微纳狭缝受到拉伸时，偏角越大，狭缝宽度越大，电阻也越大；受到压缩时，偏角越大，狭缝宽度越小，电阻也就越小，从而实现对气体流速的感知测量。
所述的嵌缝毛杆由有较好弹性的绝缘材料(如油纸)制成，其上、左、右三面均涂覆有导电材料层(如石墨烯)，并在右侧面导电材料涂层上加工微纳狭缝结构。
本发明的有益效果：
当嵌缝毛杆偏转时，右侧面微纳狭缝受到作用力，回路中电阻阻值发生改变，以检测电阻变化为表征手段，结构简单、经济性好，易于批量化生产。
附图说明
图1本发明的主视图。
图2本发明的右视图。
图3本发明测量流速时的机理图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例是由嵌缝毛杆1、固定底座2、第一电极引线3和第二电极引线4构成，嵌缝毛杆1与固定底座2装配成一体，形成悬臂梁结构；左侧面12引出第一电极引线3，右侧面13分引出第二电极引线4，第一电极引线3和第二电极引线4均固定于固定底座2上，其中嵌缝毛杆1由弹性绝缘材料制成，嵌缝毛杆1上表面11、左侧面12和右侧面13均涂覆有导电材料层，右侧面13的导电材料层上水平方向加工有微纳狭缝14。
本发明的工作过程和原理：
如图3所示，当测试流速为V的气流时，气流对嵌缝毛杆1的作用力F使其偏转一定角度。同时，嵌缝毛杆1受到固定底座2的弯矩M。以O点为中心，类毛结构的力矩平衡方程为：
F·H＝M (1)
式(1)中，H是相对于O点的力矩。可以通过调整嵌缝毛杆1的长度，以此改变其流速检测范围。
缝传感器等效电阻公式为：
R＝Ri+Rr∥Rs (2)
式(2)中，R是缝感受器的等效总电阻阻值，Ri、Rr、Rs分别为缝感受器重连部分、凸起部分以及断开部分的电阻阻值。当本发明流速传感器受到流速激励时，缝感受器等效电阻阻值发生变化，通过对回路中电阻大小的测量即可量化流速大小，从而实现气体流速测量。

Claims (1)

1.一种毛缝结合的仿生气体流速传感器，其特征在于：是由嵌缝毛杆(1)、固定底座(2)、第一电极引线(3)和第二电极引线(4)构成，嵌缝毛杆(1)与固定底座(2)装配成一体，形成悬臂梁结构；左侧面(12)引出第一电极引线(3)，右侧面(13)分引出第二电极引线(4)，第一电极引线(3)和第二电极引线(4)均固定于固定底座(2)上，其中嵌缝毛杆(1)由弹性绝缘材料制成，嵌缝毛杆(1)上表面(11)、左侧面(12)和右侧面(13)均涂覆有导电材料层，右侧面(13)的导电材料层上水平方向加工有微纳狭缝(14)。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107655465B (zh) * 2017-08-28 2020-08-14 东南大学 两级杠杆放大的谐振式仿生毛发流速、加速度微传感器
CN108362334B (zh) * 2018-02-02 2021-01-19 西安交通大学 一种水下仿生侧线感知阵列
EP3623819B1 (en) * 2018-09-14 2023-09-13 RIEDEL Communications International GmbH Apparatus for sensing a movement of an object relative to a fluid
CN110631647B (zh) * 2019-08-19 2020-08-25 吉林大学 一种仿生微流量传感器及其检测方法
CN111208315B (zh) * 2020-02-24 2022-02-01 吉林大学 一种仿生毛状气流流速传感器及其制备方法
CN111208316B (zh) * 2020-02-24 2021-04-20 吉林大学 一种仿生气流全向感知柔性传感器及其制备方法
CN111521305B (zh) * 2020-04-03 2021-12-14 吉林大学 一种用于测量机械信号的仿生传感器及其制造方法
CN112180116B (zh) * 2020-09-09 2021-11-19 西安交通大学 一体化ipmc感知结构的柔性仿生侧线传感器
CN112858717B (zh) * 2021-02-20 2022-04-19 吉林大学 一种仿生气流传感器以及气流检测装置
CN113091993B (zh) * 2021-03-23 2022-05-17 北京航空航天大学 一种多级悬臂梁结构及其仿生压差传感器
CN115127666A (zh) * 2022-06-27 2022-09-30 吉林大学 一种灵敏度动态可调的仿生振动检测装置及其制备方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004055968A1 (de) * 2004-11-19 2006-06-01 Drägerwerk AG Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Strömungspatametern
CN104215283B (zh) * 2014-09-18 2017-09-26 吉林大学 基于蝎子蛊毛流量感知机理的气体微流量检测装置
CN204115724U (zh) * 2014-11-04 2015-01-21 湖南科技学院 一种固体摆电容式倾角传感器
CN104459181B (zh) * 2014-12-31 2017-06-23 东南大学 一种用于流速、加速度和角速度敏感的仿生毛发传感器
CN105445490A (zh) * 2015-11-15 2016-03-30 吉林大学 一种智能仿生传感器
CN105424969B (zh) * 2015-11-21 2018-05-15 吉林大学 一种磁式类蝎子蛊毛流速流向传感器
CN105319390B (zh) * 2015-11-21 2018-05-08 吉林大学 一种基于不倒翁原理的流速流向传感器
CN106066406B (zh) * 2016-05-24 2018-12-04 首都师范大学 气体流速传感器

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