如圖1.7所示,當(dāng)一個(gè)加熱的圓盤上方有氣流經(jīng)過(guò)時(shí),它的冷卻是非均勻的。圖示結(jié)果顯示關(guān)于熱盤中心對(duì)稱的任意兩點(diǎn)的溫度梯度εr。εΓ的大小與空氣流速的二次方根成正比,同時(shí)其方向與空氣流動(dòng)的方向一致。因此,通過(guò)測(cè)量εr就可以同時(shí)確定風(fēng)速和風(fēng)向・雖然加熱器和溫度傳感器可以較為容易地集成在一塊典型的CMOS芯片中,但根據(jù)其必須能夠感測(cè)到風(fēng)引起的溫度梯度 的要求,標(biāo)準(zhǔn)的封裝結(jié)構(gòu)就不能采用了。如圖1.7中所示,芯片被粘合到一塊薄陶瓷片的下方,這樣氣流就從芯片的另一面上通過(guò)。這種簡(jiǎn)單而穩(wěn)固的封裝結(jié)構(gòu)解決方案保證了傳感器芯片能夠與氣流有良好的熱接觸。為了保證風(fēng)速傳感器僅對(duì)風(fēng)的水平分量靈敏,熱盤安裝在一個(gè)符合空氣動(dòng)力特性的外殼中。

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    如圖1.8所示,4個(gè)加熱器和4個(gè)p+/Al型熱電堆集成在了一個(gè)傳感器芯片中。熱電堆按特定方式對(duì)由空氣流動(dòng)引起的溫度梯度正交分量進(jìn)行測(cè)量:由于硅是良好的熱導(dǎo)體,測(cè)得的溫度梯度的正交分量非常小,僅有十分之幾度。從而,熱電堆的輸出只有微伏級(jí)。在第一代傳感器中,這些輸出信號(hào)通過(guò)精確的芯片外電路數(shù)字化,其數(shù)字化結(jié)果被用來(lái)計(jì)算獲得風(fēng)速和風(fēng)向。計(jì)算結(jié)果中的誤差通常分別小于5%和3°。