| 摘要 | 第5-7页 |
| Abstract | 第7-8页 |
| 第一章 绪论 | 第12-41页 |
| 1.1 风速与风向的测量 | 第12-14页 |
| 1.1.1 风速风向的表示方法 | 第12页 |
| 1.1.2 风速风向传感器的主要性能参数 | 第12-14页 |
| 1.1.2.1 测试量程 | 第12页 |
| 1.1.2.2 灵敏度 | 第12-13页 |
| 1.1.2.3 测试精度 | 第13页 |
| 1.1.2.4 功耗 | 第13页 |
| 1.1.2.5 响应特性 | 第13页 |
| 1.1.2.6 回滞特性 | 第13-14页 |
| 1.2 MEMS风速风向传感器的分类 | 第14-19页 |
| 1.2.1 MEMS非热式风速风向传感器 | 第15-16页 |
| 1.2.1.1 压力式 | 第15-16页 |
| 1.2.1.2 压强差式 | 第16页 |
| 1.2.2 MEMS热式风速风向传感器 | 第16-19页 |
| 1.2.2.1 热损失型 | 第17页 |
| 1.2.2.2 热温差型 | 第17-19页 |
| 1.2.2.3 热脉冲型 | 第19页 |
| 1.3 MEMS热式风速风向传感器的研究进展 | 第19-36页 |
| 1.3.1 MEMS热损失型风速传感器 | 第20-24页 |
| 1.3.2 MEMS热温差型风速传感器 | 第24-36页 |
| 1.3.2.1 热敏电阻型 | 第24-27页 |
| 1.3.2.2 热电偶型 | 第27-33页 |
| 1.3.2.3 热电子型 | 第33-36页 |
| 1.4 MEMS热式风速风向传感器的比较与总结 | 第36-39页 |
| 1.4.1 优化传感器的结构 | 第36页 |
| 1.4.2 优化传感器的材料 | 第36-38页 |
| 1.4.3 改进传感器的控制电路 | 第38页 |
| 1.4.4 改进传感器的封装形式 | 第38-39页 |
| 1.5 本论文的研究意义和主要内容 | 第39-41页 |
| 第二章 低功耗MEMS热式风速风向传感器的设计、加工与测试 | 第41-78页 |
| 2.1 MEMS热式风速风向传感器的理论分析 | 第41-48页 |
| 2.1.1 热量传递的方式 | 第41-42页 |
| 2.1.1.1 热传导 | 第41-42页 |
| 2.1.1.2 热对流 | 第42页 |
| 2.1.1.3 热辐射 | 第42页 |
| 2.1.2 边界层理论 | 第42-46页 |
| 2.1.3 背面感风热式风速传感器芯片的温度场分析 | 第46-48页 |
| 2.1.3.1 芯片温度与加热功率的关系 | 第46-47页 |
| 2.1.3.2 传感器灵敏度与加热功率的关系 | 第47-48页 |
| 2.2 MEMS热式风速风向传感器的结构设计 | 第48-51页 |
| 2.3 MEMS热式风速风向传感器的有限元仿真 | 第51-56页 |
| 2.3.1 传感器有限元模型的建立 | 第51-52页 |
| 2.3.2 软件模拟结果 | 第52-56页 |
| 2.3.2.1 衬底热导率对传感器灵敏度的影响 | 第52-53页 |
| 2.3.2.2 衬底结构参数对传感器灵敏度的影响 | 第53-56页 |
| 2.4 MEMS热式风速风向传感器的制备 | 第56-61页 |
| 2.4.1 传感器的材料选择 | 第56-58页 |
| 2.4.1.1 衬底材料的选择 | 第56-57页 |
| 2.4.1.2 测温和加热元件材料的选择 | 第57-58页 |
| 2.4.2 传感器的版图设计 | 第58-59页 |
| 2.4.3 传感器的工艺流程 | 第59-60页 |
| 2.4.4 传感器的加工结果 | 第60-61页 |
| 2.5 MEMS热式风速风向传感器的封装 | 第61-63页 |
| 2.5.1 传感器封装设计 | 第61-62页 |
| 2.5.2 传感器封装过程 | 第62-63页 |
| 2.6 MEMS热式风速风向传感器的测试系统 | 第63-68页 |
| 2.6.1 测试系统硬件电路 | 第63-65页 |
| 2.6.2 测试系统软件部分 | 第65-67页 |
| 2.6.2.1 线性插值算法 | 第65-67页 |
| 2.6.2.2 系统整体运行流程 | 第67页 |
| 2.6.3 传感器测试系统组装 | 第67-68页 |
| 2.7 MEMS热式风速风向传感器的测试结果与分析 | 第68-73页 |
| 2.7.1 铂金属薄膜特性分析 | 第68-70页 |
| 2.7.2 传感器的输出特性 | 第70-72页 |
| 2.7.3 传感器的校准结果 | 第72-73页 |
| 2.8 加热结构对称性对传感器性能的影响 | 第73-77页 |
| 2.8.1 不同加热结构的形式 | 第73-74页 |
| 2.8.2 不同加热结构的传感器输出 | 第74-75页 |
| 2.8.3 不同加热结构对风速测试的影响 | 第75-76页 |
| 2.8.4 不同加热结构对风向测试的影响 | 第76-77页 |
| 2.9 本章小结 | 第77-78页 |
| 第三章 低功耗MEMS热式风速风向传感器的灵敏度改进 | 第78-102页 |
| 3.1 传感器的结构及理论分析 | 第78-79页 |
| 3.2 传感器的有限元仿真 | 第79-90页 |
| 3.2.1 传感器结构参数对输出信号的影响 | 第79-83页 |
| 3.2.2 传感器结构参数对流场分布的影响 | 第83-86页 |
| 3.2.3 传感器结构参数对芯片强度的影响 | 第86-90页 |
| 3.3 传感器的制备及封装 | 第90-95页 |
| 3.3.1 风速风向传感器的工艺流程 | 第91-93页 |
| 3.3.2 风速风向传感器的封装 | 第93-95页 |
| 3.4 传感器的测试与结果分析 | 第95-101页 |
| 3.4.1 HF腐蚀工艺对传感器元件的影响 | 第95页 |
| 3.4.2 传感器的灵敏度特性 | 第95-97页 |
| 3.4.3 不同腐蚀时间对风速测试的影响 | 第97-98页 |
| 3.4.4 不同腐蚀时间对风向测试的影响 | 第98-101页 |
| 3.5 本章小结 | 第101-102页 |
| 第四章 新型封装结构的低功耗MEMS热式风速风向传感器 | 第102-131页 |
| 4.1 传感器结构及封装设计 | 第102-103页 |
| 4.2 传感器的理论模型 | 第103-110页 |
| 4.2.1 假设条件 | 第104-105页 |
| 4.2.2 微分方程建立及求解 | 第105-110页 |
| 4.3 传感器的有限元仿真 | 第110-117页 |
| 4.3.1 传感器理论模型验证 | 第110-111页 |
| 4.3.2 传感器结构参数优化 | 第111-115页 |
| 4.3.3 传感器输出性能模拟 | 第115-117页 |
| 4.4 传感器的制备 | 第117-120页 |
| 4.4.1 传感器版图设计 | 第117页 |
| 4.4.2 传感器工艺流程 | 第117-120页 |
| 4.5 传感器的封装 | 第120-121页 |
| 4.6 传感器的测试系统 | 第121-123页 |
| 4.6.1 测试系统硬件部分 | 第121-122页 |
| 4.6.2 测试系统软件部分 | 第122-123页 |
| 4.7 传感器的测试结果与分析 | 第123-126页 |
| 4.7.1 直流特性测试 | 第123页 |
| 4.7.2 灵敏度和量程测试 | 第123-124页 |
| 4.7.3 风速精度测试 | 第124-125页 |
| 4.7.4 风向精度测试 | 第125-126页 |
| 4.7.5 重复性测试 | 第126页 |
| 4.8 环境温度漂移对风速传感器性能的影响 | 第126-129页 |
| 4.9 不同感风方式的风速传感器的性能比较 | 第129-130页 |
| 4.10 本章小结 | 第130-131页 |
| 第五章 总结与展望 | 第131-134页 |
| 5.1 工作总结及论文创新点 | 第131-133页 |
| 5.2 进一步的工作展望 | 第133-134页 |
| 致谢 | 第134-135页 |
| 参考文献 | 第135-145页 |
| 图表索引 | 第145-150页 |
| 作者简介 | 第150页 |
| 在学期间科研成果 | 第150-152页 |
