风速风向传感器在气象预报、航海工程、农业生产、工业控制等众多领域都发挥着重要作用。与传统的风速计相比,MEMS热式风速风向传感器具有体积小、精度高、易批量加工等优点。随着风速风向传感器使用环境的多样化和复杂化,传感器手持化、微型化渐成趋势。本课题组现有的传感器尺寸较大,在特殊的使用环境下受到限制。因此,本文提出了微型化MEMS风速风向传感器的设计方案和实现过程。以缩小传感器整体尺寸为目的,本文分别从组装外壳和硬件电路等方面进行改进,主要内容和创新如下:（1）从仿真和实验的角度,研究了壳罩结构参数对传感器性能的影响,包括立柱的数量、直径、高度和曲面顶盖的弧度。首先,使用仿真软件COMSOL创建传感器物理模型,在确保其他参数不变的前提下更改某一参数,并分析其影响。仿真结果表明,立柱直径越小,传感器的对称性越好,但过细的立柱将导致壳罩的机械强度降低,综合考虑到传感器性能和机械强度,确定立柱直径为1mm;立柱数量大于32时,传感器受风向角度影响较小,但随着立柱数量继续增加,会导致风场出现湍流,综合考虑对称性和层流性,确定立柱数量为32根;立柱高度降低会提高传感器的风速性能,但过低易发生湍流。综合考虑传感器性能和层流性,确定立柱高度为10 mm;与平面顶盖相比,曲面顶盖可以降低壳罩内部的风速,且弧度越小,降低幅度越大,间接扩大量程。在此基础上,利用3D打印技术制造不同尺寸的壳罩并在风洞中进行测试,结果表明实验与仿真基本相符,从而确定了优化的壳罩结构参数,为微型化传感器的外壳制备提供依据。（2）为满足MEMS风速风向传感器微型化的应用需求,设计并实现了符合项目尺寸要求的外壳组装部件和测控电路,并完成组装。传感器中的所有组装部件均使用3D打印技术制备,测控电路利用PCB技术完成。CTD加热控制模块实现芯片与环境温差控制,C8051F411 MCU作为传感器系统的控制器件用以采样芯片加热电压和上下游的温差信号。通过软件算法实现风速和风向信息的采样、滤波和计算,并利用IIC通讯协议实时传输到LCD显示屏完成交互。经测量,组装后的传感器直径仅为4.5cm,PCB电路板直径为3cm,相比课题组目前研制的传感器大幅减小。（3）对组装完成的微型化MEMS风速风向传感器进行了完整的性能测试,主要包括量程测试、精度测试、基准点测试和系统功耗测试。实验结果表明,传感器的风速测试量程可达到28.1m/s以上。在低风速阶段（<17.5m/s）,风速测量误差小于0.5m/s,高风速范围内不超过3.3%。风向测量误差保持在4.5°之内。此外,传感器基准点存在微幅偏移。零风速下,传感器整体功耗为179m W,28.1m/s风速下达到264.5m W。各项性能基本符合微型化MEMS风速风向传感器的使用需求。