阅读说明：本技术 一种基于lc谐振电路的风速传感器及其制备方法 (Wind speed sensor based on LC resonance circuit and preparation method thereof ) 是由 易真翔 程星全 于 2021-08-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于LC谐振电路的风速传感器及其制备方法,风速传感器为两个柔性电感与电容组成的串联谐振电路结构,双层柔性电感位于传感器的上下两面,且分别连接平板电容的上下极板构成LC串联谐振电路,双层电感的另一端分别连接测试端口,结构轻便,响应速度快,利用电感弯曲效应实现风速检测,电感自身热损耗小,降低了传感器功率。(The invention discloses an LC resonance circuit-based wind speed sensor and a preparation method thereof, the wind speed sensor is a series resonance circuit structure consisting of two flexible inductors and a capacitor, the double-layer flexible inductors are positioned on the upper surface and the lower surface of the sensor and are respectively connected with the upper polar plate and the lower polar plate of a flat capacitor to form an LC series resonance circuit, the other ends of the double-layer inductors are respectively connected with a test port, the structure is light, the response speed is high, the wind speed detection is realized by utilizing the bending effect of the inductor, the heat loss of the inductor is small, and the power of the sensor is reduced.)

一种基于LC谐振电路的风速传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种基于LC谐振电路的风速传感器，属于风速传感器领域。

背景技术

风速的测量与人们的生活息息相关，近年来，风速传感器在气象、工业和环境保护等领域得到了广泛的应用。很早之前，风速的测量主要采用机械式风杯和风向标来实现。近年来出现了一些柔性风速传感器，这些传感器将螺旋电感制作在柔性衬底上。利用电感弯曲效应，通过电感值的变化来反映风速的变化。但总的来说，这些风速传感器由于需要借助外部测量仪器测量电感值，无法满足物联网技术中的集成化、自动化等需求。

将平面螺旋电感做在柔性衬底上，线圈电感与电流环路所包围的面积成正比。当衬底弯曲时，电感在平面上的投影面积会减小，从而导致电感值减小。若此时将电感与电容进行串联，其谐振频率可以表示为随着电感值的减小，谐振频率会逐渐变大。根据电感弯曲效应，风速越大时，衬底弯曲越大，电感值越小，谐振频率越大。而谐振频率也可以更方便地利用电路进行自动测量。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种基于LC谐振电路的风速传感器及其制备方法，解决了现有基于柔性电感的风速传感器由于需要借助外部测量仪器测量电感值，无法满足物联网技术中的集成化、自动化等需求的技术问题。

技术方案：一种基于LC谐振电路的风速传感器，包括柔性衬底，在柔性衬底正面设有第一柔性平面螺旋电感和电容上极板，在柔性衬底反面设有第二柔性平面螺旋电感和电容下极板，柔性衬底正反面器件在平面上的投影完全重叠，第一柔性平面螺旋电感的一端连接电容上极板，第二柔性平面螺旋电感的一端连接电容下极板，第一柔性平面螺旋电感和第二柔性平面螺旋电感的剩余两端作为传感器的输出端；所述风速传感器的下半部分利用夹具固定，上半部受风自由弯曲。

进一步的，所述柔性衬底的材料为聚酰亚胺。

基于LC谐振电路的风速传感器的制备方法，包括：

步骤1：在聚酰亚胺衬底正面旋涂粘接胶；

步骤2：在粘接胶上淀积金属层，并利用光刻胶进行刻蚀，形成所述第一柔性平面螺旋电感和电容上极板；

步骤3：在刻蚀后的金属层上依次旋涂粘接胶和聚酰亚胺，作为正面绝缘保护层；

步骤4：在聚酰亚胺衬底反面旋涂粘接胶；

步骤5：在聚酰亚胺衬底反面的粘接胶上淀积金属层，并利用光刻胶进行刻蚀，形成所述第二柔性平面螺旋电感和电容下极板；

步骤6：在聚酰亚胺衬底反面刻蚀后的金属层上依次旋涂粘接胶和聚酰亚胺，作为反面绝缘保护层。

有益效果：(1)本发明通过包含柔性电感的双层电感结构实现了风速传感器，将具有形变即时性特点的柔性电感应用于风速传感器，能够使得整个风速传感器结构轻便，响应速度快，电感自身热损耗小，降低了传感器功率。

(2)利用柔性电路板来制作柔性电感和电容，增强了传感器本身的稳定性。

(3)本发明通过谐振频率的变化来反映风速的变化，可以利用特定的电路直接进行测量，方便集成化和自动化测量。

附图说明

图1是基于LC谐振电路的风速传感器的等效电路示意图；

图2是基于LC谐振电路的风速传感器不受风时的结构示意图；

图3是基于LC谐振电路的风速传感器受时的结构示意图；

图4是基于LC谐振电路的风速传感器上下两面的金属层平面图；

图5是图4沿AA’的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图2、图4、图5所示的一种基于LC谐振电路的风速传感器，在聚酰亚胺柔性衬底8的正面设有第一柔性平面螺旋电感1和电容上极板2，在柔性衬底8的反面设有第二柔性平面螺旋电感4和电容下极板5，柔性衬底8正反面器件在平面上的投影完全重叠。第一柔性平面螺旋电感1的一端连接电容上极板2，第二柔性平面螺旋电感4的一端连接电容下极板5，第一柔性平面螺旋电感1和第二柔性平面螺旋电感4的剩余两端3、6作为传感器的输出端。

如图1所示，本发明传感器为由两个柔性电感与电容组成的串联谐振电路结构。该风速传感器实际工作时，风速传感器的下半部分利用夹具固定，上半部受风自由弯曲，通过端口3、6接入外部电路，调整传感器位置，使风从正面吹向传感器。传感器下半部分固定，仅使得上半部分能够自由弯曲，以得到最大的灵敏度。如图2所示，在无风情况下，上下两层平面螺旋电感相互平行，两者互感一定，谐振电路的谐振频率不发生变化；如图3所示，在有风情况下，风使得柔性衬底发生弯曲，由于电感弯曲效应，双层平面螺旋电感上半部分发生弯曲，每个电感值及互感值均发生变化，总电感值减小，导致电路的谐振频率变大。通过记录不同风速下谐振频率的大小即可反映出风速的变化。

如图5所示，上述基于LC谐振电路的风速传感器的制备方法，包括：

步骤1：在聚酰亚胺衬底8正面旋涂粘接胶7；

步骤2：在粘接胶7上淀积金属层，并利用光刻胶进行刻蚀，形成第一柔性平面螺旋电感1和电容上极板2；

步骤3：在刻蚀后的金属层上依次旋涂粘接胶和聚酰亚胺，作为正面绝缘保护层；

步骤4：在聚酰亚胺衬底8反面旋涂粘接胶；

步骤5：在聚酰亚胺衬底反面的粘接胶上淀积金属层，并利用光刻胶进行刻蚀，形成第二柔性平面螺旋电感4和电容下极板5；

步骤6：在聚酰亚胺衬底反面刻蚀后的金属层上依次旋涂粘接胶和聚酰亚胺，作为反面绝缘保护层。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。