基于光斑位置敏感的风速传感器集成系统研究

环境检测需要高质量的传感器, 本项目提出了一种创新的基于光斑位置敏感的风速传感器系统方案，风压引起结构变形，从而改变光斑位置。光斑在平面的位置反映了风速和风向的信息。该系统具有体积小、功耗低、 测量范围宽、温度漂移小和便携化等突出优点。项目组针对此新方案首次提出了一种可CMOS集成的光斑位置传感器检测原理与结构, 利用半导体光电相关理论建立该传感器的数学模型；利用弹性力学和流体理论分析机械竿在流场中的受力和变形情况, 进行传感器的结构优化设计和工艺设计；开展微光学传感器和微机械的一体化封装涉及的材料匹配、工艺兼容和对准组装等关键问题研究，利用倒装焊和微机械加工等工艺设计系统的整体封装方案，最终实现系统并开展测试分析。通过对本项目的研究，不仅为环境风速测量提供新途径，也将完善本项目中首次提出的CMOS光斑位置传感器的理论模型和促进其在其他领域的应用。

环境检测需要高质量的传感器, 本项目主要研究了一种基于光斑位置敏感的风速传感器系统。项目首先对光斑位置敏感器件开展了研究，首次提出了一种基于雪崩击穿原理的光斑位置敏感器件。从工作原理、结构尺寸和工艺方法等方面进行了探索；其次又创新性地提出了一种薄膜型光斑位置敏感结构，采用有限元方法对传感器进行了建模分析并进行了传感器的结构优化设计和工艺设计，针对关键光敏材料CdS开展了工艺生长研究。实验测试了研制的传感器样品。在风速系统研究方面，利用光斑位置敏感器件开展了风速传感器的实验研究，利用弹性力学和流体理论分析了机械竿在流场中的受力和变形情况并进行了标准化设计与标准封装后的测试。为后续传感器的产业化推进奠定了基础。