1 导言
风速及风向的丈量是气象观测中重要的一环。风速风向能够根据流体力学原理、热学原理、声学原理和仿生学原理来丈量。热式测风仪根据风对热体的对流作用来丈量风速和风向，其存在一个精细的热源，经过把两对相对的热源与热电偶正交放置丈量风向。超声测风仪能够一起进行超声波的发射和接纳，根据多普勒效应丈量风速，用三个或许四个探头根据三角联系丈量风向信息。根据MEMS技能传感器有体积小、重量轻及成本低的特色，根据MEMS技能的风速和风向丈量传感器受到了研究者的注重。
本文介绍了根据MEMS的固态风速风向传感器的规划原理及软件模仿成果，并根据理论与模仿成果规划了工艺流程，对规划的悬梁式测风传感器进行了丈量。
2 传感器原理
2.1 硅薄膜式传感器原理
硅薄膜式测风传感器的规划示意图如图1所示。薄膜式风速风向传感器主要是使用风吹薄膜对薄膜发生风压，风压导致薄膜形变，薄膜上的应变电阻就会感应到薄膜的形变。经过丈量应变电阻的改变即可解算出风速巨细。设定丈量时风正面吹向薄膜如图2所示。
图2中：υ1表明风的均匀流速;p1表明风流的压力;p2表明薄膜所受的压力，使用流体力学中抱负伯尽力方程如式(1)。其间p为空气的密度，化简后能够得出薄膜接受肯定压强p的改变与风速的联系如式(2)，即
设W(x，y)是薄膜曲折的挠度函数。由式(2)能够得出0～30 m/s风的压强为0～580.5 Pa。在此规模之内薄膜的挠度远小于薄膜的厚度，故挠度能够近似核算为
W(x，y)=hf(p)cos2(πx/L)cos2(πy/L)(3)
其间坐标系是平面直角坐标系，其原点是正方形薄膜中心，坐标轴平行于薄膜的边。其间h和L分别是薄膜的厚度和边长。f(p)是一个关于薄膜肯定压强的函数。f(p)由方程(4)决议，即
p是作用在膜上的肯定压强;E和υ分别为薄膜资料的杨氏模量和泊松比。资料的形变界说为单位长度资料的改变。设ε(x，y)是薄膜的应变函数，能够用式(5)来核算，则
薄膜上的应变电阻的形变与其地点的方位有关。界说h′为应变电阻的高度;W为应变电阻的宽度;x0，y0是应变电阻的开始方位，则能够得到应变电阻的总的形变，如式(6)。应变电阻的电阻归一化改变表达式为
由式(2)可知p与速度υ的平方成正比，故能够得出电阻阻值的相对改变与风速是二次联系。风速信号解调出来后，经过正交封装来解调风向信号。南北方向的传感器测出南北方向的速度υns，东西方向的传感器测出东西方向的速度υwe，经过正交联系式(9)和式(10)终究得出速度和风向值，即
