1、肺功能设备的MEMS 热式流量传感器,*,肺功能设备的MEMS 热式流量传感器,摘要在工业国家中，心血管疾病引发了约40%的死亡，并呈现增加的趋势。睡眠的科学研究已经证明，睡眠呼吸紊乱是对引发心血管疾病的风险因素之一。因此，对患者呼吸的监控成为医疗的重要参数之一。我们提出流量传感器的发展与特殊的适应肺功能的应用。 该传感器具有精度高，响应时间短 （1毫秒）和低功耗（10毫瓦）。 此外，加热结构添加到芯片防止结露1。 因此，它体现了一个有吸引力的解决方案为便携式设备使用和预防医学的探索在家庭护理领域的应用,1 简介2 传感器实现和集成3工作原理4 应用5参考文献,肺功能设备的MEMS 热式流量传
2、感器,肺功能设备的MEMS 热式流量传感器,1 简介在本文中，提出一种新型的肺活量计由一个MEMS热膜传感器构成，使用在对心血管疾病的温度预防监测系统上,肺功能设备的MEMS 热式流量传感器,传统传感器的缺点目前， 病人的呼吸测定的执行 是由三个悬浮的金属丝组成的标准流量传感器实现的， 这些传感器有超过1瓦的高功率消耗并根据运动机械变形或加速，从而导致较高的寄生效应2不能检测快速流速 呼吸的变化，从而导致不正确的取得呼吸量，从而在概率地增加诊断故障,肺功能设备的MEMS 热式流量传感器,基于MEMS技术的热式流量传感器的优点该传感器基于热的原则， 这意味着，它对气体的物理性质有高度的敏感度低功
3、耗工作温度低微系统给病人提供了良好的生活质量，使病人可以在家里接受护理,肺功能设备的MEMS 热式流量传感器,2 传感器实现和集成 原始物料一个100毫米直径，300米厚，(100)型硅双面经抛光晶圆 首先，放置膜材料(在一个薄氧化层利用LPCVD淀积150nm硅氮化层)，用一个100nm多晶硅层，一个300nm铝层进行 标准热电堆制造；其次，为了保护热传感器针对苛刻的环境，用一个PECVD沉积si3n4层做为钝化层并且做为掩膜在硅片背面来实现自由膜 微系统流量传感器芯片宽2mm，长6mm。敏感硅氮化膜尺寸300 m 600 m，线加热器放置在膜的中间，两边是对称结构的热电堆，传感器作为一个热
4、量计使用，能从而检测流动方向,肺功能设备的MEMS 热式流量传感器,肺功能设备的MEMS 热式流量传感器,3工作原理 热式流量测量是利用传热原理,即流动中的流体与热源(流体中加热的物体或测量管外加热体) 之间热量交换关系来测量流量的技术它主要分为风速计式(anemometer) 和测热型(calorimet ric) 两种方式,肺功能设备的MEMS 热式流量传感器,肺功能设备的MEMS 热式流量传感器,当热式流量传感器表面接触的气体静止时,热源所建立的热量分布图为以加热元件为中心的正态分布;当气体流动时,流动的气体分子从传感器芯片表面带走的热量使该热源所建立的热量分布图发生偏移,肺功能设备的M
5、EMS 热式流量传感器,肺功能设备的MEMS 热式流量传感器,本项目采用一种创新的测热型原理,提高测量范围和低速段的灵敏度 上游两点温度差: 其中 ：,肺功能设备的MEMS 热式流量传感器,下游两点温度差:其中：输出：,肺功能设备的MEMS 热式流量传感器,其中:Th = 加热器温度, kF = 流体热导率,= 边界层厚度,= 平均流速,a= 流体热扩散率, ksi = 衬底材料热导率,= 热电堆赛贝克系数,t d 横膈膜厚度，Lu=加热器到上游传感器的距离;Ld =加热器到下游传感器的距离; 由此绘出流速v 与U 之间的关系曲线,通过测U 来测定流速,肺功能设备的MEMS 热式流量传感器,该
6、工作原理具有以下优点：是通过对上下游温度差进行二次差分运算,从而在保证对低速段线性度影响较小的情况下,将流速和输出电压的关系曲线的饱和点往后推至50m/ s 以后,量程比扩大了10 倍以上。在获得较高速率的情况下,曲线斜率随速度升高而发生的下降缓慢均匀,没有出现大的抖动,有利于进行线性化处理基于热学原理,采用微米级的元件产生热源和排列测量元件,精确测量气体分子流动时从芯片表面带走的微小热量和在芯片表面的微小空间里的热场分布变化,直接转换为毫伏级电压输出信号,计算出气体的质量流量,肺功能设备的MEMS 热式流量传感器,4 应用 石油天然气工业中气体流量测量:如燃气计量、配气、 气体质量分析等;
7、汽车发动机中气体流量测量、中央空调系统中气体流量测量; 医疗设备中气体流量测量、水处理中瀑气流量测量、气象风速测量; 各种生产过程管道中气体流量测量:如水泥、卷烟、玻璃、钢铁等生产过程中气体流量测量。,肺功能设备的MEMS 热式流量传感器,5 参考文献1 Braunwalds Heart Disease: A Textbook of Cardiovascular Medicine, Elsevier,Saunders, 2008.2 Weinmann Homecare, Schlafbezogene Atmungsstrungen und kardiovaskulres Risiko, 200
8、9.3 Fiedler, Otto: Strmungs- und Durchflumetechnik/von Otto Fiedler. 1992R. Oldenbourg Verlag GmbH, Mnchen, Wien, Oldenbourg, 1992, ISBN 3-486-22119-1.4 Atemstromsensor (DE 10035054 C1), Drger Medical.,肺功能设备的MEMS 热式流量传感器,5 S. Billat, et al., Monolithic integration of micro-channel on disposable flow
9、 sensors for medical applications, Sensors and Actuators A 145146 (2008)6674. 6 M. Ashauer, et al., Thermal flow sensor for liquids and gases, Sensors and Actuators73 (1999) 713.7 A. Willmann: Entwicklung und Erprobung einer Bypasslsung fr thermische Sensoren, Diplomarbeit, HFU Furtwangen, 2006.8 W.
10、 Oczenski, Atmen-Atemhilfen, Atemphysiologie und Beatmungstechnik,Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 2006.,肺功能设备的MEMS 热式流量传感器,1结露:就是指物体表面温度低于附近空气露点温度时表面出现冷凝水的现象 2寄生效应:理想状态下，导线是没有电阻，电容和电感的。通电的导线周围会形成磁场（特别是电流变化时），磁场会产生感生电场，会对电子的移动产生影响，可以说每条实际的导线包括元器件的管脚都会产生感生电动势，这也就是寄生电感。在直流或者低频情况下，这种寄生效应看不太出来。而在交流特别是高频交流条件下，影响就非常巨大了。根据复阻抗公式，电容、电感会在交流情况下会对电流的移动产生巨大阻碍，也就可以折算成阻抗。这种寄生效应很难克服，也难摸到。只能通过优化线路，尽量使用管脚短的SMT元器件来减少其影响，要完全消除是不可能的,谢谢观赏,Make Presentation much more fun,
