推荐高等学校科学研究优秀成果发明技术奖项目公示.DOC

1、推荐高等学校科学研究优秀成果发明技术奖项目公示一、 项目名称：宽量程 MEMS 风速风向传感器设计与制造关键技术及应用二、 提名单位：东南大学三、 主要完成人：黄庆安、秦明、陈蓓、易真翔、董自强、李伟华四、 主要完成单位：东南大学五、 项目简介物联网是当今世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一，传感器是物联网的重要组成部分。风速风向传感器作为气象监测与预警的基础性、关键性器件，在高速公路、高速铁路、智能电网、风力发电、船舶航行等领域不可或缺。随着物联网的应用，传统风速风向传感器性能、体积、功耗、成本等不能满足物联网技术发展的巨大需求，MEMS（微机电系统）传感器是公认的前沿技术方向，但国际上

2、 MEMS 风速风向传感器指标尚不能达到我国标准，因此，必须通过探索和自主创新研究，才能有效支撑我国社会经济和重点行业发展。在国家自然科学基金、国家 863 计划等持续支持下，该项目组历时 15 年，解决了 MEMS 风速风向传感器设计与制造关键技术，并成功应用于传感器研制和批量生产中。主要技术发明和创新如下：1. 针对 MEMS 风速风向传感器低风速误差大、高风速难以测量的问题，发明了风速风向传感器深槽隔热结构，降低了衬底横向热传导，提高了灵敏度，降低了测量误差，扩大了传感器的量程。2. 针对 MEMS 风速风向传感器高风速难以测量的问题，建立了传感器系统级模型，实现了闭环控制；提出了风速风

3、向传感器的温度自平衡测控方法，实现了 60m/s 的量程，解决了长期以来风速风向传感器量程难以提高的技术难题。3. 针对 MEMS 风速风向传感器野外工作防护技术问题，发明了风速风向传感器的陶瓷圆片级倒装封装技术，提出了导热凸点与导电凸点结构及工艺技术；发明了传感器嵌入式组装结构，突破了传感器野外工作的可靠性技术瓶颈。4. 针对 MEMS 风速风向传感器受环境温度、湿度影响问题，在国际上首次建立了风速风向传感器的湿度效应模型；基于传感器材料与结构的温度特性，建立了风速风向传感器温度效应模型，保障了传感器长期工作的稳定性。该项目获中国发明专利授权 41 项；合编企业标准 1 项；撰写英文丛书 1

4、 章；SCI 收录论文 27 篇（其中MEMS 领域顶级期刊 JMEMS 论文 6 篇)、EI 收录 76 篇；国际会议邀请报告 3 次，项目负责人被选为 IEEE Fellow。包括 4 位院士在内的项目验收专家组评价 “项目发明了陶瓷芯片与集成风速风向传感器的倒装封装方法，可测风速达 60m/s，是目前国际上公开报导的 MEMS 风速传感器的最高测量风速” 。合作企业采用项目成果，形成系列 MEMS 风速风向传感器产品，全部技术指标满足国家标准，产品已在连（云港）- 霍（尔果斯）等国家高速公路及船舶航行等领域广泛应用，提升了我国相关行业的恶劣气象预警能力。合作企业采用项目成果近 3 年新增

5、利润 2200.95 万元、新增税收 1312.67 万元。项目成果还应用于海上浮标气象数据收集、单兵气象装备研制、高速公路外场试验等，有力支持了我国相关科研和工程实施，推动了我国风速风向传感器及相关行业的技术进步。六、 曾获科技奖励情况获 奖 项 目 名 称 获奖时间 奖项名称 奖励等级 授奖部门（单位）气象传感器设计理论、关键技术及其应用 2014.10.25中国机械工业科学技术奖 一等中国机械工业联合会中国机械工程学会七、 推广应用情况（1）项目成果应用于相关传感器及系统批量生产中，产生显著经济效益附件 20-22项目整体技术应用于凯迈（洛阳）环测有限公司风速风向传感器生产及 ZQX-3

6、 型微型气象系统和 CAMA-JT 型交通气象自动观测系统的生产中，气象系统已在我国江苏、河北、上海、山东、青海等国家高速公路使用，近3 年新增利润 987 万元、新增税收 948 万元。项目整体技术应用于无锡市杰德感知科技有限公司风速风向传感器及气象系统的生产中，共同制订企业标准1 项，典型应用工程有国家高速公路连云港（江苏）-霍尔果斯（新疆）等，近 3 年新增利润 367.90 万元。项目整体技术及产品应用于大成（济南）路桥科技有限公司道路交通气象预警系统生产，近 3 年新增利润837.05 万元、新增税收 251.03 万元。项目整体技术还应用于佛山市川东磁电股份有限公司，扩大了流量传感

7、器的量程并改进了可靠性。（2）项目成果应用于重要科研及工程试验，产生显著社会效益附件 23-29采用该项目成果，北京凯盾环宇科技有限公司完成海上浮标气象数据收集试验；长春气象仪器研究所有限责任公司完成农田小气候气象观测数据收集试验；北京维天信气象设备有限公司完成单兵手持气象站试验；北京视酷伟业科技股份有限公司完成港口气象信息收集试验；南京高华科技股份有限公司完成高速铁路环境检测数据收集试验；国家智能交通系统工程技术研究中心实现交通基础科研环境测试。项目成果推广应用于重要科研及工程试验，产生显著社会效益。八、 主要知识产权证明目录知识产权类别 知识产权具体名称 国家 授权号 授权日期 证书编号

8、权利人 发明人发明专利有效状态授权发明专利 一种无风洞虚拟热风速传感器测试装置中国 ZL 201510346482.0 2017-12-05 2727394 东南大学 秦明、朱雁青、叶一舟、黄庆安 有效授权发明专利 一种具有片上自标定功能的 MEMS 热式风速传感器中国 ZL 201510345261.1 2017-10-27 2669973 东南大学 秦明、朱雁青、叶一舟、黄庆安 有效授权发明专利 一种测风传感器芯片结构及其制造方法中国 ZL 201510346422.9 2017-10-03 2645713 东南大学 秦明 、王芳、姚玉瑾、杨佳伟、叶一舟 有效授权发明专利 一种具有零点校准

9、功能的热式风速传感器结构及校准方法中国 ZL 201510346481.6 2017-09-29 2641637 东南大学 秦明、叶一舟、陈蓓、朱雁青、黄庆安 有效授权发明专利 基于延时测量的热风速传感器结构和风速风向测定方法中国 ZL 201510024244.8 2017-09-29 2641643 东南大学 秦明、王芳、杨佳伟、姚玉瑾 有效授权发明专利 一种基于 MEMS 技术的三维风速风向传感器及其制备方法中国 ZL 201510107696.2 2017-06-23 2530132 东南大学 黄庆安、陈蓓、秦明 有效授权发明专利 基于衬底转移工艺的热式风速风向传感器及其封装方法中国

10、ZL 201410326494.2 2017-05-10 2481010 东南大学 秦明、朱雁青、陈蓓、黄庆安 有效授权发明专利 一种高灵敏热风速传感器结构和风速风向测定方法中国 ZL 201610034473.2 2017-03-22 2460559 东南大学 秦明、杨佳伟、姚玉瑾、王芳 有效授权发明专利 一种球形风速风向传感器结构 中国 ZL201310534156.3 2016-09-07 2231354 东南大学 秦明、胡世镔、陈实 有效授权发明专利 三维集成正面感风的热式风速风向传感器装置及封装方法 中国 ZL201410325164.1 2016-06-29 2129186 东南大

11、学秦明、朱雁青、陈蓓、黄庆安 有效授权发明专利 电容式微机械风速风向传感器 中国 ZL 201310390353.2 2015-09-09 1788352 东南大学 王立峰、黄庆安、秦明 有效授权发明专利 一种垂吊型三维风速风向传感器结构 中国 ZL 201310531020.7 2015-07-29 1737614 东南大学 秦明、陈实、胡世镔 有效授权发明专利 一种风速风向传感器 中国 ZL201210558280.9 2014-12-17 1549008 东南大学秦明、陈实、陈升奇、周麟 有效授权发明专利 一种可自动零点补偿的热风速传感装置及测量风速的方法 中国 ZL2012105067

12、06.6 2014-09-10 1479038 东南大学 秦明、陈升奇、周麟 有效授权发明专利 一种基于碳纳米管阵列封装的热风速传感器 中国 ZL201210504673.1 2014-06-11 1416593 东南大学秦明、周麟、陈升奇、黄庆安 无缴年费无效授权发明专利 一种高灵敏度风速风向传感器 中国 ZL201210559401.1 2014-06-11 1417054 东南大学 秦明、胡世镔、陈实 有效授权发明专利 一种二维热膜风速风向传感器及其制备方法 中国 ZL201210225095.8 2014-04-16 1383394 东南大学秦明、项天彧、陈升奇、周麟、黄庆安 有效授权

13、发明专利 多晶硅- 金属热电偶塞贝克系数的在线测试结构中国 ZL201210005598.4 2013-10-09 1282852 东南大学 李伟华、袁风良、周再发、蒋明霞、刘海韵 无缴年费无效授权发明专利 基于各向异性导热衬底的热式风传感器及其制备方法 中国 ZL201110008119.X 2013-04-24 1186203 东南大学 董自强、黄庆安、秦明 无缴年费无效授权发明专利 一种风速风向测量装置 中国 ZL201110055730.8 2013-04-03 1168214 东南大学 秦明、匡蕾、顾飞 无缴年费无效授权发明专利 基于减薄工艺的热式风速风向传感器及其制备方法 中国 Z

14、L201110008120.2 2012-12-19 1102062 东南大学 董自强、黄庆安、秦明 无缴年费无效授权发明专利 基于金金键合工艺的热式风速风向传感器及其制备方法 中国 ZL201010586866.7 2012-09-19 1046750 东南大学 董自强、黄庆安、秦明 无缴年费无效授权发明专利 一种高灵敏度二维风速风向传感器 中国 ZL201110031990.1 2012-07-18 1007377 东南大学 秦明、胡尔同、顾 飞 无缴年费无效授权发明专利 一种具有热隔离结构的热式风速风向传感器及其制备方法 中国 ZL201010586986.7 2012-07-18 10

15、02496 东南大学 董自强、黄庆安、秦明 无缴年费无效授权发明专利 基于阳极键合工艺的热式风速风向传感器及其制备方法 中国 ZL201010573973.6 2012-05-30 967478 东南大学 董自强、黄庆安、秦明 无缴年费无效授权发明专利 一种进行圆片级电互连与引出的装置及其加工方法 中国 ZL201010603002.1 2012-05-23 954324 东南大学王珍、王磊、唐洁影、黄庆安 有效授权发明专利 矩形硅膜二维风速风向传感器 中国 ZL201010501541.4 2012-05-23 956324 东南大学 李伟华 有效授权发明专利 圆形硅膜二维风速风向传感器 中

16、国 ZL201010501597.X 2012-05-23 953446 东南大学 李伟华 有效授权发明专利 矩形铂金薄膜二维风速风向传感器 中国 ZL201010501561.1 2012-05-02 939243 东南大学 李伟华 有效授权发明专利 圆形铂金薄膜二维风速风向传感器 中国 ZL201010501568.3 2012-02-01 905148 东南大学 李伟华 有效授权发明专利 基于陶瓷圆片级封装的集成风速风向传感器 中国 ZL201010103608.9 2011-09-07 836020 东南大学 董自强、黄庆安、秦明 有效授权发明专利 单片集成微电子机械系统制备方法 中国

17、 ZL200710022267.0 2010-05-19 621867 东南大学 秦明、沈广平、黄庆安 有效授权发明专利 微机械二维风速风向传感器及其信号处理电路 中国 ZL200810124428.1 2010-01-20 593464 东南大学 秦明、沈广平、黄庆安 有效授权发明专利 微电子机械系统正面结构释放的保护方法 中国 ZL200710022359.9 2009-07-08 521143 东南大学 秦明、张筱朵、黄庆安 有效授权发明专利 用于风向传感器封装的微电子机械传感器封装结构 中国 ZL200710022367.3 2009-05-27 501961 东南大学 黄庆安、张骅、

18、秦明 有效授权发明专利 十字架结构的二维风速风向传感器及其制备方法 中国 ZL200710022268.5 2009-02-11 470799 东南大学 秦明、沈广平、黄庆安 有效授权发明专利 基于微机械系统的非热式流速流向传感器 中国 ZL200610040599.7 2008-07-02 407709 东南大学 魏泽文、秦明、黄庆安 无缴年费无效授权发明专利 基于微机械技术的电容非热式流速传感器 中国 ZL200610040600.6 2008-07-16 412390 东南大学 秦明、魏泽文、黄庆安 无缴年费无效授权发明专利 温度、风速、风向和气压集成传感器 中国 ZL200510038

19、840.8 2007-07-11 334526 东南大学 孙建波、秦明、黄庆安 无缴年费无效授权发明专利 基于微机械加工的风速传感器 中国 ZL200410064949.4 2007-03-07 311755 东南大学 高冬晖、秦明、黄庆安 有效授权发明专利 采用多晶硅温度二极管的集成风速计及其制造方法 中国 ZL02112524.4 2004-03-10 146973 东南大学 秦明、黄庆安、张中平 有效九、 主要完成人情况表姓 名 黄庆安 教授 单位 东南大学 排 名 1曾获科技奖励情况“硅基 MEMS 可制造性设计关键技术及其应用”获 2013 年度教育部技术发明二等奖（排名 1） ；“

20、 气象传感器设计理论、关键技术及其应用” 获 2014中国机械工业科学技术奖一等奖（排名 1） 。项目总体技术负责人，该项技术工作量占本人工作量的 60%。对下列技术发明点做出了创造性贡献：1. MEMS 风速风向传感器深槽隔热技术；4.2 风速风向传感器温度效应。佐证材料：核心知识产权：授权发明专利 ZL200410064949.4（附件 1） 、ZL200710022359.9（附件 2） 、ZL 201410326494.2（附件 3） 。代表性论文 2 篇（附件 34、40） 。姓 名 秦明 教授 单位 东南大学 排 名 2曾获科技奖励情况 “气象传感器设计理论、关键技术及其应用”获

21、2014 中国机械工业科学技术奖一等奖（排名 2） 。该项技术工作量占本人工作量的 70%。对下列技术发明点做出了创造性贡献：2.2 MEMS 风速风向传感器系统级模型；3.2 MEMS 风速风向传感器组装技术。佐证材料：核心知识产权：授权发明专利ZL201210225095.8（附件 4） 、ZL200810124428.1 （附件 5） 、ZL200710022268.5（附件 6） 、ZL200710022367.3（附件 9） 。代表性论文 1 篇（附件 37） 。姓 名 陈蓓 讲师 单位 东南大学 排 名 3曾获科技奖励情况 无本人在东南大学攻读硕士学位、博士学位期间（导师：黄庆安）

22、 ，参加了该项目研究。该项技术工作量占本人工作量的 90%。对下列技术创新点做出了创造性贡献：3.1 MEMS 风速风向传感器陶瓷圆片级封装技术中的三维集成方法；4.1 风速风向传感器湿度效应。佐证材料：核心知识产权：授权发明专利 ZL201410325164.1（附件 8） 、ZL 201510346481.6（附件 10）,代表性论文 1 篇（附件 39） 。姓 名 易真翔 讲师 单位 东南大学 排 名 4曾获科技奖励情况 无该项技术工作量占本人工作量的 80%。对下列技术发明点做出了创造性贡献：2.1 MEMS 风速风向传感器温度自平衡测控方法。佐证材料：代表性论文 1 篇（附件 35）

23、 、英文丛书 1 章（附件 32） 。姓 名 董自强 高级工程师 单位 东南大学 排 名 5曾获科技奖励情况 无本人在东南大学攻读硕士学位、博士学位期间（导师：黄庆安） ，参加了该项目研究。该项技术工作量占本人工作量的 90%。对下列技术创新点做出了创造性贡献：3.1 MEMS 风速风向传感器陶瓷圆片级封装技术。佐证材料：核心知识产权：授权发明专利 ZL201010103608.9（附件 7） 。代表性论文 1 篇（附件 38） 。姓 名 李伟华 教授 单位 东南大学 排 名 6曾获科技奖励情况 无该项技术工作量占本人工作量的 50%。对下列技术发明点做出了创造性贡献：2.2 MEMS 风速风向传感器系统级模型中，薄膜热导率、热扩散率、塞贝克系数等热学特性的在线测量方法。佐证材料：代表性论文 1 篇（附件 36） 。