一种模仿海豹胡须结构的MEMS流场感知器件及其制备方法

本发明涉及流场检测装置领域，具体涉及一种模仿海豹胡须结构的mems流场感知器件及其制备方法。

背景技术：

1、无人水下航行器等小型智能化装备在海洋生态保护、资源开发、搜索侦查等领域逐渐发挥重要作用，对水下流场的精确感知是这些装备安全高效运行的关键。其中，流速和尾迹漩涡是水下流场测量的两个重要参量，因为航行器需要根据水流的流速信息进行姿态调整和运动控制；另一方面，水下常见的物体会产生尾迹漩涡，尾涡探测对开展水下目标探测具有重要意义。

2、然而，传统流场测量技术，如超声多普勒测试仪、激光多普勒测试仪和粒子成像测速仪，存在体积大、能耗高、结构复杂等问题，因此，现有技术提供了一种mems传感器作为流场测试的新技术手段，该传感器的设计主要是受鱼类侧线启发，研究者设计了基于圆柱结构的纤毛式微传感器，但是，流体绕流圆柱这类钝体结构时，不仅产生沿着流向的阻力，还会产生垂直流向的升力，从而触发的涡激振动会给流场感知器件带来了噪声，当传感器上的圆柱发生振动时，难以区分是圆柱自身的涡激振动还是受到上游尾迹漩涡激励后发生振动，因此，涡激振动噪声严重干扰了传感器对水下尾涡的探测的准确性，从而影响流场感知的精度。

3、因此，需要提供一种模仿海豹胡须结构的mems流场感知器件及其制备方法以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种模仿海豹胡须结构的mems流场感知器件及其制备方法，基于仿海豹胡须的柱状体来防止涡激振动噪声干扰传感器，并结合锯齿形梁的十字梁来增强应力集中，以解决现有的涡激振动噪声干扰了传感器对水下尾涡的探测的准确性，从而影响流场感知的精度问题。

2、本发明的一种模仿海豹胡须结构的mems流场感知器件采用如下技术方案：包括：

3、安装座；

4、十字梁组件，悬空设置在安装座上，在十字梁组件的每条梁上设置有两个压阻敏感单元，压阻敏感单元和检测电路连接，其中，每条梁的边缘呈锯齿形；

5、仿海豹胡须结构的柱状体，竖直连接在十字梁组件的十字中心。

6、优选的，柱状体与十字梁组件连接的椭圆面中，椭圆面的长轴轴线和短轴轴线与十字梁组件上对应的梁的长度方向的中心线共线。

7、优选的，十字梁组件包括支撑板，支撑板的周向呈十字分布有四条梁，每条梁其中一个端部与支撑板的外周面连接，每条梁的另一个端部与安装座连接，其中，柱状体的一端固定在支撑板的表面上。

8、优选的，十字梁组件的梁包括多个平行四边形连接板，且多个平行四边形连接板的端面依次连接，其中，相邻两个连接板关于连接端面对称设置，并去除两个平行四边形连接板连接形成的尖角。

9、优选的，安装座为四边形框架，其中，十字梁组件的四条梁的端部与四边形框架内部对应的四个面连接。

10、优选的，每条梁上的两个压阻敏感单元中的其中一个压阻敏感单元设置在靠近四边形框架的一侧的梁表面上，另一个压阻敏感单元设置在靠近所述柱状体一侧的梁表面上。

11、优选的，柱状体的形状与海豹胡须的形状相同，柱状体截面形状为椭圆形，且截面尺寸沿柱状体的长度方向呈周期性变化。

12、优选的，压阻敏感单元为压敏电阻，压敏电阻通过图案化电极与检测电路连接，其中，图案化电极以欧姆接触的方式与压阻敏感单元连接。

13、一种模仿海豹胡须结构的mems流场感知器件的制备方法，采用立体光刻技术加工制作仿海豹胡须的柱状体，其中，柱状体采用光敏树脂材料；

14、使用标准硅基mems工艺加工制作十字梁组件及压阻敏感单元，其中，十字梁组件及压阻敏感单元采用硅基半导体材料；

15、利用精密位置控制器结合显微镜对柱状体与十字梁组件进行集成，得到mems流场感知器件。

16、优选的，还包括采用真空气相沉积parylene薄膜的方法，对mems流场感知器件的表面进行覆膜。

17、本发明的有益效果是：

18、1、通过设置边缘呈锯齿形的梁，使得连接柱状体的梁在受力时的应力更为集中，即锯齿形的梁使得梁两侧几何尺寸突然变化，同时将压阻敏感单元设置在梁的两端，即梁的两端受到的应力更大，实现对集中的应力进行监测，即锯齿形的梁的最大应力相比较常规的梁的最大应力更大，更能灵敏的传递传感器中柱状体所受到的应力，提高了的感知器件对流场检测的灵敏度。

19、2、其次，柱状体与十字梁组件连接的椭圆面中，椭圆面的长轴和短轴轴线均与十字梁组件上对应的梁的长度方向的中心线共线，然后，将压敏电阻布置在与仿海豹胡须的柱状体截面椭圆长轴方向共线的梁上，这样可以在测水流流速时，最大程度的抑制涡激升力，并将阻力最大程度地作用在椭圆长轴方向共线的梁上，这样可以引起压敏电阻最大程度地发生变化，从而提高检测流速的灵敏度；并将压敏电阻布置在与仿海豹胡须的柱状体截面椭圆的短轴方向共线的梁上，在检测上游尾涡时，受涡激升力作用，柱状体在截面椭圆的短轴方向上发生振动，并将振动效果最大程度的传递给与短轴方向共线的梁上，从而带动与短轴方向共线的梁上的压敏电阻最大程度地发生变化，进而提高检测尾涡的灵敏度。

技术特征：

1.一种模仿海豹胡须结构的mems流场感知器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种模仿海豹胡须结构的mems流场感知器件，其特征在于，所述柱状体与所述十字梁组件连接的椭圆面中，椭圆面的长轴轴线和短轴轴线与十字梁组件上对应的梁的长度方向的中心线共线。

3.根据权利要求1所述的一种模仿海豹胡须结构的mems流场感知器件，其特征在于，所述十字梁组件包括支撑板，所述支撑板的周向呈十字分布有四条梁，每条梁其中一个端部与支撑板的外周面连接，每条梁的另一个端部与安装座连接，其中，柱状体的一端固定在支撑板的表面上。

4.根据权利要求1所述的一种模仿海豹胡须结构的mems流场感知器件，其特征在于，十字梁组件的所述梁包括多个平行四边形连接板，且多个平行四边形连接板的端面依次连接，其中，相邻两个连接板关于连接端面对称设置，并去除两个平行四边形连接板连接形成的尖角。

5.根据权利要求1所述的一种模仿海豹胡须结构的mems流场感知器件，其特征在于，所述安装座为四边形框架，其中，十字梁组件的四条梁的端部与四边形框架内部对应的四个面连接。

6.根据权利要求5所述的一种模仿海豹胡须结构的mems流场感知器件，其特征在于，每条梁上的两个压阻敏感单元中的其中一个压阻敏感单元设置在靠近四边形框架的一侧的梁表面上，另一个压阻敏感单元设置在靠近所述柱状体一侧的梁表面上。

7.根据权利要求1所述的一种模仿海豹胡须结构的mems流场感知器件，其特征在于，所述柱状体的形状与海豹胡须的形状相同，柱状体截面形状为椭圆形，且截面尺寸沿柱状体的长度方向呈周期性变化。

8.根据权利要求1所述的一种模仿海豹胡须结构的mems流场感知器件，其特征在于，所述压阻敏感单元为压敏电阻，所述压敏电阻通过图案化电极与检测电路连接，其中，图案化电极以欧姆接触的方式与压阻敏感单元连接。

9.一种模仿海豹胡须结构的mems流场感知器件的制备方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的一种模仿海豹胡须结构的mems流场感知器件的制备方法，其特征在于，还包括采用真空气相沉积parylene薄膜的方法，对所述mems流场感知器件的表面覆膜。

技术总结本发明涉及流场检测装置领域，具体涉及一种模仿海豹胡须结构的MEMS流场感知器件及其制备方法，包括：安装座；在安装座上设置有十字梁组件，在十字梁组件的每条梁上设置有两个压阻敏感单元，其中，每条梁的水平面呈锯齿形，在十字梁组件的十字中心设置有竖直设置的仿海豹胡须结构的柱状体，压阻敏感单元和检测电路连接。本装置提高了流场感知的灵敏度。技术研发人员：张兴旭,徐忠沐,罗剑,马炳和,叶涛,邓进军受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/1/15