基于陶瓷芯片的熱風(fēng)速傳感器研究.pdf

1、在氣象信息的檢測、生活環(huán)境的監(jiān)測和自然災(zāi)害的預(yù)防中，風(fēng)速風(fēng)向信息具有重要的作用。相比于傳統(tǒng)的風(fēng)速風(fēng)向傳感器，熱風(fēng)速風(fēng)向傳感器以其體積小、穩(wěn)定性高、便于攜帶和精度高等優(yōu)點在風(fēng)速風(fēng)向傳感器市場中具有不可替代的地位。
　　本文主要針對低熱導(dǎo)率陶瓷襯底熱風(fēng)速風(fēng)向傳感器進行研究，主要內(nèi)容如下:首先，本文對不同尺寸的熱風(fēng)速風(fēng)向傳感器系統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)進行討論，利用CFX對計算流體力學(xué)(CFD)模型進行流場模擬，結(jié)合模擬結(jié)果討論傳感器表面的流場情況，

2、為熱風(fēng)速風(fēng)向傳感器的系統(tǒng)封裝設(shè)計提供合理的設(shè)計參考尺寸。綜合考慮傳感器的靈敏度與穩(wěn)定性，通過仿真結(jié)果可以得到系統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計參數(shù)為:傳感器系統(tǒng)封裝上下底座的直徑可以設(shè)計在60mm～120mm之間，傳感器封裝的直徑可以設(shè)計在55mm～77mm之間，傳感器距離下底座的距離可以設(shè)計在5.5mm～8.5mm之間。
　　第二，結(jié)合陶瓷芯片的DCA封裝工藝和硅芯片貼陶瓷的封裝工藝，提出了基于改進型直接芯片安裝(DCA)的陶瓷熱風(fēng)速風(fēng)向傳

3、感器，并利用相應(yīng)的計算流體力學(xué)(CFD)模擬對陶瓷芯片的改進型DCA封裝結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。本文同時對陶瓷熱風(fēng)速風(fēng)向傳感器恒溫差(CTD)控制電路進行了改進，傳感器采用熱溫差檢測模式和相位掃描算法。改進型DCA的優(yōu)化之處為:在改進型DCA封裝結(jié)構(gòu)的邊緣設(shè)計了流線型的過渡結(jié)構(gòu)，將傳感器芯片的封裝結(jié)構(gòu)的直徑設(shè)計為55mm，陶瓷芯片的直徑設(shè)計為20mm。
　　第三，陶瓷熱風(fēng)速風(fēng)向傳感器的測試以及相關(guān)測試數(shù)據(jù)的分析。針對陶瓷芯片熱風(fēng)速風(fēng)向傳

4、感器的測試數(shù)據(jù)所反映出的問題進行理論分析，并利用CFD模擬對分析結(jié)果進行驗證，最后將陶瓷熱風(fēng)速風(fēng)向傳感器測試數(shù)據(jù)在Matlab中進行擬合。通過理論和CFD模擬分析，檢測電橋中電阻的差異導(dǎo)致傳感器出現(xiàn)零點漂移并且使得輸出電壓不僅取決于芯片表面上下游溫差值，還受表面溫度分布的影響;另外加熱電阻差異和芯片劃片誤差都會使得傳感器的輸出零點出現(xiàn)偏離，芯片劃片誤差會使得傳感器在不同風(fēng)向下輸出電壓的對稱性受到影響。通過Matlab的擬合數(shù)據(jù)可知傳感器