如图1.7所示,当一个加热的圆盘上方有气流经过时,它的冷却是非均匀的。图示结果显示关于热盘中心对称的任意两点的温度梯度εr。εΓ的大小与空气流速的二次方根成正比,同时其方向与空气流动的方向一致。因此,通过测量εr就可以同时确定风速和风向・虽然加热器和温度传感器可以较为容易地集成在一块典型的CMOS芯片中,但根据其必须能够感测到风引起的温度梯度 的要求,标准的封装结构就不能采用了。如图1.7中所示,芯片被粘合到一块薄陶瓷片的下方,这样气流就从芯片的另一面上通过。这种简单而稳固的封装结构解决方案保证了传感器芯片能够与气流有良好的热接触。为了保证风速传感器仅对风的水平分量灵敏,热盘安装在一个符合空气动力特性的外壳中。

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    如图1.8所示,4个加热器和4个p+/Al型热电堆集成在了一个传感器芯片中。热电堆按特定方式对由空气流动引起的温度梯度正交分量进行测量:由于硅是良好的热导体,测得的温度梯度的正交分量非常小,仅有十分之几度。从而,热电堆的输出只有微伏级。在第一代传感器中,这些输出信号通过精确的芯片外电路数字化,其数字化结果被用来计算获得风速和风向。计算结果中的误差通常分别小于5%和3°。