隨著人們對(duì)更高生活品質(zhì)的追求,氣象信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變得越來(lái)越重要。而風(fēng)速傳感器,作為測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)向信息的關(guān)鍵部件,也越來(lái)越多地受到了人們的關(guān)注。特別是近年來(lái),微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)的飛速發(fā)展,使得風(fēng)速傳感器的微型化、集成化和智能化成為了可能,大量基于MEMS技術(shù)的風(fēng)速傳感器相繼面世。在眾多的MEMS風(fēng)速傳感器中,基于熱原理的風(fēng)速傳感器因具有無(wú)可動(dòng)部件、對(duì)小風(fēng)速靈敏度較高等優(yōu)點(diǎn),成為了MEMS風(fēng)速傳感器研究的主流。本實(shí)驗(yàn)室自2000年以來(lái),就開始了MEMS熱式風(fēng)速傳感器的研究,已經(jīng)形成了一套完整的風(fēng)速傳感器系統(tǒng)解決方案。但是,該解決方案雖然可靠性較高,但存在靈敏度較低,功耗較大的問(wèn)題,較難滿足便攜式風(fēng)速傳感器的應(yīng)用需求。因此,本論文在實(shí)驗(yàn)室前期研制的風(fēng)速傳感器的基礎(chǔ)上,從芯片結(jié)構(gòu)和芯片封裝的角度對(duì)傳感器進(jìn)行了進(jìn)一步地研究,提出了一些相應(yīng)的熱式風(fēng)速傳感器性能改進(jìn)方案,使得MEMS風(fēng)速傳感器具有了更好的性能。本文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新包括:（1）提出了利用深反應(yīng)離子刻蝕（DRIE）技術(shù)制造隔熱深槽的方法來(lái)提高M(jìn)EMS熱式風(fēng)速傳感器的性能。在對(duì)熱式風(fēng)傳感技術(shù)工作原理及其所涉及的基礎(chǔ)理論作出... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 風(fēng)速和風(fēng)向的測(cè)量
        1.1.1 風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量的意義
        1.1.2 風(fēng)速風(fēng)向的測(cè)量方法
    1.2 微電子機(jī)械系統(tǒng)MEMS
        1.2.1 MEMS的定義和發(fā)展
        1.2.2 MEMS的主要特征
    1.3 MEMS熱式風(fēng)速傳感器概述
        1.3.1 MEMS熱式風(fēng)速傳感器的檢測(cè)方法
        1.3.2 MEMS熱式風(fēng)速傳感器研究進(jìn)展
        1.3.3 MEMS熱式風(fēng)速傳感器的比較
    1.4 本論文的主要研究工作
        1.4.1 前期研究基礎(chǔ)
        1.4.2 主要研究工作
第二章 MEMS熱式風(fēng)速傳感器的深槽隔熱設(shè)計(jì)
    2.1 MEMS熱式風(fēng)速傳感器理論分析
        2.1.1 MEMS熱式風(fēng)速傳感器工作原理
        2.1.2 MEMS熱式風(fēng)速傳感器對(duì)流換熱理論
        2.1.3 MEMS熱式風(fēng)速傳感器溫度場(chǎng)分析
    2.2 基于深槽隔熱技術(shù)的MEMS熱式風(fēng)速傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.2.1 含有深槽隔熱設(shè)計(jì)的MEMS熱式風(fēng)速傳感器的提出
        2.2.2 隔熱槽形式和尺寸的有限元仿真優(yōu)化
    2.3 基于深槽隔熱設(shè)計(jì)的MEMS熱式風(fēng)速傳感器的制備
        2.3.1 傳感器制備材料的選擇
        2.3.2 傳感器的制備工藝
    2.4 基于深槽隔熱設(shè)計(jì)的MEMS熱式風(fēng)速傳感器的封裝
    2.5 MEMS熱式風(fēng)速傳感器測(cè)控系統(tǒng)
        2.5.1 信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
        2.5.2 軟件控制算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
        2.5.3 風(fēng)洞測(cè)試平臺(tái)的搭建
    2.6 基于深槽隔熱設(shè)計(jì)的MEMS熱式風(fēng)速傳感器的測(cè)試與分析
        2.6.1 熱敏鎳電阻的溫度特性
        2.6.2 恒電壓工作模式下傳感器的輸出特性
        2.6.3 恒溫差工作模式下傳感器的輸出特性
    2.7 本章小結(jié)
第三章 深槽隔熱MEMS熱式風(fēng)速傳感器的靈敏度提升
    3.1 惠斯通全橋風(fēng)速傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析
    3.2 惠斯通全橋風(fēng)速傳感器靈敏度改進(jìn)仿真驗(yàn)證
    3.3 惠斯通全橋風(fēng)速傳感器的制備與封裝
    3.4 惠斯通全橋風(fēng)速傳感器的測(cè)試與分析
        3.4.1 熱敏鎳電阻溫度特性
        3.4.2 傳感器在不同風(fēng)速下的輸出響應(yīng)
        3.4.3 傳感器在不同風(fēng)向下的輸出響應(yīng)
        3.4.4 傳感器的測(cè)量準(zhǔn)確度測(cè)試
        3.4.5 傳感器的重復(fù)性測(cè)試
    3.5 本章小結(jié)
第四章 MEMS熱式風(fēng)速傳感器測(cè)量準(zhǔn)確度提升設(shè)計(jì)
    4.1 高測(cè)量準(zhǔn)確度MEMS熱式風(fēng)速傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    4.2 高測(cè)量準(zhǔn)確度MEMS熱式風(fēng)速傳感器仿真驗(yàn)證
    4.3 高測(cè)量準(zhǔn)確度MEMS熱式風(fēng)速傳感器的制備
    4.4 高測(cè)量準(zhǔn)確度MEMS熱式風(fēng)速傳感器的測(cè)試與分析
        4.4.1 熱敏鉑電阻的溫度特性測(cè)試
        4.4.2 傳感器測(cè)試系統(tǒng)搭建
        4.4.3 風(fēng)速響應(yīng)測(cè)試
        4.4.4 風(fēng)向響應(yīng)測(cè)試
        4.4.5 測(cè)量準(zhǔn)確度測(cè)試
    4.5 本章小結(jié)
第五章 高性能MEMS熱式風(fēng)速傳感器的封裝研究
    5.1 MEMS熱式風(fēng)速傳感器陶瓷薄膜封裝方案的提出
        5.1.1 MEMS熱式風(fēng)速傳感器封裝背景
        5.1.2 陶瓷薄膜制備技術(shù)
        5.1.3 MEMS熱式風(fēng)速傳感器陶瓷薄膜封裝設(shè)計(jì)
    5.2 基于陶瓷薄膜封裝的MEMS熱式風(fēng)速傳感器性能分析
        5.2.1 陶瓷薄膜封裝熱式風(fēng)速傳感器溫度場(chǎng)分析
        5.2.2 陶瓷薄膜封裝熱式風(fēng)速傳感器性能仿真驗(yàn)證
    5.3 封裝陶瓷薄膜的制備
        5.3.1 陶瓷樣品密度測(cè)試
        5.3.2 陶瓷樣品熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率測(cè)試
        5.3.3 復(fù)合襯底殘余應(yīng)力測(cè)試
    5.4 基于陶瓷薄膜封裝的MEMS熱式風(fēng)速傳感器的制備
    5.5 傳感器自封裝方案的改進(jìn)
        5.5.1 傳感器自封裝改進(jìn)方案的提出
        5.5.2 傳感器自封裝改進(jìn)方案的有限元仿真驗(yàn)證
        5.5.3 傳感器自封裝改進(jìn)方案的實(shí)施
        5.5.4 傳感器自封裝改進(jìn)方案的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    5.6 基于陶瓷薄膜封裝的MEMS熱式風(fēng)速傳感器的測(cè)試與分析
        5.6.1 熱敏鎳電阻的溫度特性測(cè)試
        5.6.2 恒電壓模式下陶瓷薄膜風(fēng)速傳感器的風(fēng)速測(cè)量性能
        5.6.3 恒電壓模式下陶瓷薄膜風(fēng)速傳感器的風(fēng)速測(cè)量性能
        5.6.4 陶瓷薄膜風(fēng)速傳感器測(cè)量準(zhǔn)確度測(cè)試
    5.7 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)和展望
    6.1 工作總結(jié)
    6.2 工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)
在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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