近年来,随着半导体技术的快速发展和人们对智能化生活水平的需求,MEMS传感器越来越多的应用来生活中的各个领域。风速风向是人们生活中必不可少的信息,对风速传感器的研究具有重大意义。本文介绍了一种基于硅衬底材料的二维热式风速风向传感器,采用后CMOS-MEMS工艺加工制备,即在完成了标准CMOS工艺之后,再进行MEMS体硅加工。本文对热风速传感器的控制检测方式以及测试数据进行了讨论,针对存在的问题进行了一些优化和改进,得到了一种高精度、大量程输出的测试结果。传感器所测风速范围在0～40m/s,精度满足0.5m/s±3%的要求；风向范围在0～360°,精度满足误差小于±3°的要求。本文具体工作如下：(1)本文对热式风速传感器的检控系统在理论方面进行了分析。对比常用的恒功率和恒温差两种模式,后者的控制电路较为复杂,但是其在量程上比前者更有优势。热温差检测方式在低风速时可以精确稳定的输出,并且可以测量二维风向,但是会出现高风速时灵敏度变小的情况。不过,热损失检测模式在高风速不会受此限制。鉴于此,本文对这两种检测模式进行了热场分析,并分别对其输出信号以及处理电路进行了整理。(2)本文对传感器芯片以及传感器整机进行了测试与分析,发现热温差检测型传感器的输出与理论分析一致,即传感器的灵敏度和量程都会受到限制。所以本文提出一种优化方案,将热温差和热损失两种检测模式结合在一起,在不同风速段进行模式切换测量。通过测量结果发现,优化后的传感器系统可以得到较高精度的风速风向输出,能够满足气象规定的指标要求。然后,本文对传感器的重复性进行了讨论,发现在环境温度不变时,传感器性能稳定,且没有出现回滞现象。(3)热风速传感器对温度十分敏感,对于传感器的温漂问题,本文进行了分析与补偿。通过理论分析和实验测试数据发现,传感器系统的输出跟风速和温度存在一定函数关系。所以通过建立函数关系公式,可以在输出结果上对传感器进行温漂补偿。然后,本文从硬件电路方面提出自动补偿的优化方案,即通过调整桥路电阻使控制电路满足系数匹配公式,消除系统芯片与环境之间温差不恒定的问题,从而在真正的恒温差模式下,完成对输出信号的补偿。