面向火星應(yīng)用的MEMS熱風(fēng)傳感器的仿真設(shè)計.pdf

1、本文對面向火星應(yīng)用的熱風(fēng)傳感器進行了建模和仿真，論文主要研究了火星環(huán)境對于風(fēng)速傳感器性能的影響。
　　通過使用COMSOL Multiphysics對粉塵的影響和兩個熱敏電阻之間的溫差進行建模。其中2個熱風(fēng)速度傳感器是由基于硅襯底的4個溫度傳感器（鉑）圍繞的加熱器組成，后表面感應(yīng)用來保護風(fēng)速傳感器。由于MARS環(huán)境惡劣，對三種不同情況進行了研究。
　　與地球相比，火星星球的平均氣溫和大氣壓力非常低。相比之下，風(fēng)速和溫度分布均

2、高于地球。在平均溫度(250K)，低溫(187K)和高溫(293K)下平均壓力(800Pa)進行模擬。對于平均表面溫度和10m/s風(fēng)速，上游和下游溫度傳感器之間的溫差為0.183K，隨風(fēng)速而增加。在較低溫度(187K)時，溫差升高至0.221K。另一方面，高溫下的溫差降至0.161K。
　　第一種情況，假設(shè)灰塵在流動通道(CO2)中。流動通道中的粉塵濃度為5％至20％。因此，通過計算等效熱導(dǎo)率并考慮了空氣導(dǎo)熱系數(shù)的變化，在5％粉塵

3、濃度下，從上游到下游的溫差從0.07K增加到0.14K。溫差隨著粉塵濃度增加到10％，15％和20％。
　　第二種情況，灰塵落在硅襯底表面，等效于一個灰塵層，并將其厚度從10μm逐漸增加到30μm。使用平均風(fēng)速/速度(10m/s～80m/s)觀測上游和下游之間的溫差。上游到下游的總體溫差與0.141K相比下降到0.0936K，同時隨著襯底表面灰塵層厚度的增加而減小。
　　第三種情況是第一和第二種情況的組合。粉塵落在硅襯底的表

4、面上，并且還考慮了流動通道(CO2)。和第一種情況一樣，在流量通道(CO2)中形成的粉塵濃度為5％至20％，同時假定相同的熱導(dǎo)率，灰塵層厚度按照第二種情況從10μm逐漸增加到30μm。對于每種灰塵厚度，施加平均風(fēng)速(10m/s～80m/s)，等效熱導(dǎo)率從5％變化到20％。在10m/s的風(fēng)速和10μm的灰塵厚度下，總體溫差下降了0.140K。此外，該溫差隨著硅襯底表面上的灰塵厚度的增加而減小。與地球環(huán)境中的溫差相比，火星環(huán)境中的整體溫差有