風(fēng)速風(fēng)向傳感器

     風(fēng)場測量一般包括兩個(gè)矢量：風(fēng)速風(fēng)向。盡管真正理想的風(fēng)場測量包括一個(gè)三維矢量，但是由于三維矢量的測定有很大的難度，因此，我們通常遇到的都是測量兩個(gè)量—風(fēng)速風(fēng)向。風(fēng)速風(fēng)向傳感器通常應(yīng)用在氣象測量中，目前比較知名的國外廠家有丹麥的Dantec公司、美國的TSI公司等。風(fēng)速測量范圍大致在1-60m/s，誤差為±0.5m/s；風(fēng)向測量為0-360°，誤差為±3°。

       風(fēng)速風(fēng)向傳感器早期運(yùn)用的是光流速計(jì)技術(shù)（LDV）和熱線熱模風(fēng)速技術(shù)（HWA），這兩種技術(shù)相輔相成，各有特色，現(xiàn)今還是有相當(dāng)大的應(yīng)用領(lǐng)域。進(jìn)入上世紀(jì)八十年代后，硅基礎(chǔ)微機(jī)械加工技術(shù)逐漸成熟，并取得了大家的關(guān)注。到八十年代末，已經(jīng)研制出了成功測定風(fēng)速風(fēng)向的傳感器。

       硅流量風(fēng)速風(fēng)向傳感器工作原理如下：在一個(gè)正方形膜片的四個(gè)邊排布四個(gè)溫敏電阻，在膜片中間放一個(gè)加熱電阻。當(dāng)風(fēng)以一定方向吹向芯片時(shí)，風(fēng)速將分解成Vx、Vy兩個(gè)分量，然后這兩個(gè)分量被芯片上的四個(gè)電阻感受到，引起電橋輸出變化。然后進(jìn)過一定的放大電路處理，得到Vx、Vy的比值，相應(yīng)的風(fēng)向就可以判斷。下面請看具體的風(fēng)速風(fēng)向傳感器版圖。

圖1 風(fēng)速風(fēng)向傳感器加熱面

圖2 風(fēng)速風(fēng)向傳感器感溫面

     圖1是風(fēng)速風(fēng)向傳感器的加熱面。四個(gè)對稱分布的加熱陣列單元是加熱芯片，一般為鉑膜熱敏電阻，用于對稱地加熱芯片，使其高于周圍溫度。圖2是感溫陣列單元的陣列芯片，邊上四個(gè)呈對稱分布，中間一個(gè)芯片用于測量芯片的溫度。

       風(fēng)速風(fēng)向傳感器的靈敏度，幾乎決定了整個(gè)儀器的性能。如今，很多技術(shù)都應(yīng)用于提高傳感器的靈敏度，異性腐蝕技術(shù)就是其中的一種，將加熱電阻和邊緣隔開，大大提高了加熱效率，同時(shí)使得對流速度更加靈敏，相應(yīng)速度加快。