CN108982905A - 集流量传感器为一体的可降气体流速的mems缓冲结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集流量传感器为一体的可降气体流速的MEMS缓冲结构。本发明在流量传感器薄膜外围设有多个均匀分布的铂金属片，其用于气体检测流量；在两相邻的铂金属片之间有障碍物，所述的障碍物围绕集流量传感器薄膜也呈均匀分布，其高度大于铂金属片高度，用于降低气体的流速。本发明通过障碍物降低外界气体流过传感器薄膜的流速，减小了气体流动对加热器温度变化的影响，使得传感器的稳定性得到了提高，集成的流量传感器更好的反馈出了气体流过传感器薄膜时的流速。

Description

集流量传感器为一体的可降气体流速的MEMS缓冲结构
技术领域
本发明涉及一种集成了流量传感器的MEMS缓冲器结构，可在气体传感器检测气体浓度时对来流气体进行降速作用，并反馈出气体的来流方向及流速。
背景技术
MEMS即微机械机电系统,是微电子与机械融为一体，且涵盖光、化学、物理等多方面的系统。MEMS因其微型化、高集成度、智能化、多功能和适于大批量生产等特点已广泛用于医学、电子和工业等领域中。
生活隐患是每个人都关心和注意的事，生活隐患包括很多方面，其中就有空气污染、危险气体泄露等安全隐患。如今，随着科技的快速发展，许多MEMS气体传感器已经面世，但大部分传感器都需要加热器进行加热使其达到工作温度或者说是达到最适宜的工作温度。并且这些传感器在检测时都需要静态检测或在流速很低的情况下检测，当气体流速较高时，气体流经传感器会带走加热器表面较多的温度，使得传感器的灵敏度降低，甚至无法正常工作。
目前，大部分厂商通过温度补偿电路进行温度误差校准，即通过增加加热器的电流使得加热器温度升高到最适宜的温度值来进行传感器的检测，这在保证传感器正常工作的同时也增加了传感器的能耗。因此优化传感器结构，提高传感器的稳定性，降低能耗是亟需解决的问题。
发明内容
为了克服上述背景技术所存在的不足, 本发明提供一种集成了流量传感器的MEMS缓冲器结构。该缓冲器能检测出来流气体的方向，并对来流气体进行一定的减速，使其以较低速度流过MEMS气体传感器的表面，提高传感器的稳定性，最后可通过集成的流量传感器对气体流速进行检测。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明是在传感器薄膜外围上沉积铂金属，通过光刻及刻蚀工艺得到多个均匀分布的铂金属片，将其用于流量传感器检测流量。其次，在传感器外围继续沉积绝热性较好的材料，如氧化硅等，通过光刻和刻蚀工艺得到多个均匀分布的障碍物，它们均匀分布在铂金属片之间，用于降低气体的流速。
该结构有着非常对称的效果，无论气体从哪个方向进入传感器，都能起到降速的作用，其流速也能快速的检测出。气体流经传感器时，由于传感器薄膜的外围分布有障碍物，气体会先受到前方障碍物的阻挡，速度降低并从障碍物两边绕流，此后，气体继续流动，会因为周围的障碍物阻挡而再次减速，使得气体在薄膜表面流速较低。
由于传感器中心存在加热器，并给薄膜外围的铂金属片施加一定的电压，在气体流动过程中，以薄膜为基准，面向气体流动方向的铂金属片流经的气体流速较大且相近，背向气体流动方向的铂金属片流经的气体流速较小且相近，从而随着气体流过的流速和气体温度的不同，温度敏感的铂金属片的两端电压发生不同的变化，通过比较铂金属片两端的电压差得到气体流动的方向和速度。
本发明的有益效果是：通过障碍物降低外界气体流过传感器薄膜的流速，减小了气体流动对加热器温度变化的影响，使得传感器的稳定性得到了提高，集成的流量传感器更好的反馈出了气体流过传感器薄膜时的流速。
附图说明
图1是本发明的结构俯视图；
图2是本发明的结构主视图；
图3是气体流向确定的分析图；
图中1：简化的传感器（包含有基底、悬臂梁、加热器、电极等），2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8：铂金属片，3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8：圆柱障碍物，4：传感器薄膜，5:铂金属片2.1和2.8两端的电压差为负值时的气体流向范围，6:铂金属片2.2和2.7两端的电压差为负值时的气体流向范围，7:铂金属片2.3和2.6两端的电压差为负值时的气体流向范围，8:铂金属片2.4和2.5两端的电压差为负值时的气体流向范围。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
在图1中，铂金属片2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8和圆柱障碍物3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8以相同的间距均匀的穿插排列在传感器1上，且位于传感器薄膜4的外围。
在图2中,组件编号表示同图1,为本发明的结构主视图，铂金属片2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8的高度很小，即各金属片很薄；而圆柱障碍物3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8具有一定的高度，使其能较好的降低气体流动速度。
在图3中，气体从不同方向吹入传感器后，在铂金属片2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8两端的电压会发生变化，相应地，铂金属片2.1和铂金属片2.8、铂金属片2.2和铂金属片2.7、铂金属片2.3和铂金属片2.6、铂金属片2.4和铂金属片2.5两端的电压差也同时发生变化。以传感器1的圆心为原点，水平向右为0度，逆时针角度为正。其中，5代表铂金属片2.1和2.8两端的电压差为负值时的气体流向范围，6代表铂金属片2.2和2.7两端的电压差为负值时的气体流向范围，7代表铂金属片2.3和2.6两端的电压差为负值时的气体流向范围，8代表铂金属片2.4和2.5两端的电压差为负值时的气体流向范围。根据这4组铂金属片两端电压差的正负值可判断出气体流向的变化。根据判断出的气体流向，通过测量迎流面相邻的两铂金属片的电压差可得到气体进入传感器前的流量，通过测量背流面相邻的两铂金属片的电压差可得到气体进入传感器经障碍物降速后的流量。
本发明的工作过程：结合图1和图3，设气体以一定速度从20度方向向传感器1流动时，迎流面的铂金属片2.1、2.2、2.4、2.6的电压下降，而背流面，由于障碍物3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8起到降速的作用，铂金属片2.3电压下降幅度小于铂金属片2.1、2.2、2.4、2.6，对于铂金属片2.5、2.7、2.8，气体流经这三个金属片前会先流经传感器薄膜4，而传感器薄膜4受传感器1中心加热器加热，具有较高的温度，从而气体经过铂金属片2.5、2.7、2.8后电压上升。于是，铂金属片2.1和铂金属片2.8、铂金属片2.2和铂金属片2.7、铂金属片2.4和铂金属片2.5两端的电压差为负值，而铂金属片2.3和铂金属片2.6两端电压差为正值。通过检测铂金属片2.2和铂金属片2.4两端的电压差可得到气体进入传感器1前的流量，通过检测铂金属片2.5和铂金属片2.7两端的电压差可得到气体进入传感器1经障碍物3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8降速后的流量。

Claims (4)

1.集流量传感器为一体的可降气体流速的MEMS缓冲结构，其特征在于：在流量传感器薄膜外围设有多个均匀分布的铂金属片，其用于气体检测流量；
在两相邻的铂金属片之间有障碍物，所述的障碍物围绕集流量传感器薄膜也呈均匀分布，其高度大于铂金属高度，用于降低气体的流速。
2.根据权利要求1所述的集流量传感器为一体的可降气体流速的MEMS缓冲结构，其特征在于：所述的障碍物选材为氧化硅。
3.根据权利要求1或2所述的集流量传感器为一体的可降气体流速的MEMS缓冲结构，其特征在于：所述的铂金属片有八片，分为四组，两两相对的金属片构成一组，通过这四组铂金属片两端电压差的正负值可判断出气体流向的变化。
4.根据权利要求3所述的集流量传感器为一体的可降气体流速的MEMS缓冲结构，其特征在于：通过测量迎流面相邻的两铂金属片的电压差可得到气体进入流量传感器前的流量，通过测量背流面相邻的两铂金属片的电压差可得到气体进入流量传感器经障碍物降速后的流量。
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