葉輪式流量傳感器的設(shè)計(jì)與檢測(cè)技術(shù)的研究.pdf

1、MEMS 微型流量傳感器是微傳感器的一個(gè)重要的分支，廣泛用于微流體、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、衛(wèi)生、食物等各個(gè)領(lǐng)域。根據(jù)其測(cè)量原理，可分為熱式流量傳感器和非熱式流量傳感器兩大類(lèi)。熱式流量傳感器測(cè)量范圍較寬，具有很高的靈敏度，流量下限很低，但其輸出是呈非線性的，有反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，功耗大，襯底的熱傳導(dǎo)導(dǎo)致測(cè)量誤差，零點(diǎn)隨環(huán)境溫度的漂移等問(wèn)題。非熱式流量傳感器，具有功耗小，無(wú)零點(diǎn)漂移，檢測(cè)電路簡(jiǎn)單，響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。本課題所研究的葉輪式微流量傳感器是將流量的

2、信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)來(lái)進(jìn)行測(cè)量的，屬于非熱式流量傳感器。 本課題的工作主要分為三個(gè)部份。首先對(duì)葉輪式流量傳感器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝流程設(shè)計(jì)，分析了流速與葉輪扭矩和葉輪轉(zhuǎn)速之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)也介紹了傳感器的加工藝過(guò)程和方法。硅-硅鍵合、淺槽刻蝕、ICP刻蝕、硅一玻璃鍵合等MEMS工藝，并初步估算了傳感器構(gòu)成的電容的大小和變化范圍。第二部份是對(duì)葉輪式流量傳感器的檢測(cè)電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)與調(diào)試。根據(jù)該傳感器的工作原理-當(dāng)流體使流量傳感器

3、的葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，引起電容的變化。流量的大小對(duì)應(yīng)了轉(zhuǎn)速的大小，也對(duì)應(yīng)了電容變化率，在檢測(cè)電路中主要考慮了將電容變化通過(guò)取樣，利用由施密特觸發(fā)器構(gòu)成的振蕩電路，輸出頻率隨著電容變化的變頻振蕩波，再通過(guò)由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和 D 觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字鑒頻電路，將頻率的變化率檢測(cè)出來(lái)，該頻率對(duì)應(yīng)了某一電容，從而反映電容的變化周期，進(jìn)而反映出流量的大小。通過(guò)電路設(shè)計(jì)，仿真并實(shí)際搭制電路，并用于流量傳感器模型，實(shí)現(xiàn)了該檢測(cè)電路的功能。課題的最后為了進(jìn)一步使傳感器