[發(fā)明專利]基于柔性熱敏傳感器的壁面剪應(yīng)力測(cè)試裝置及其測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310185718.8
• 申請(qǐng)日: 2013-05-20
• 公開（公告）號(hào): CN103308223A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬炳和;李雁冰;肖同新;李曉瑩;朱鵬飛;王云龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L1/20
• 分類號(hào): G01L1/20
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 呂湘連

1.基于柔性熱敏傳感器的壁面剪應(yīng)力測(cè)試裝置，其特征在于：包括柔性熱敏傳感器陣列（301）、高精度恒流源（302）、信號(hào)調(diào)理電路（303）、數(shù)據(jù)采集模塊（304）、溫度補(bǔ)償模塊（305）、數(shù)據(jù)傳輸模塊（306）、數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)模塊（307）；所述高精度恒流源（302）為柔性熱敏傳感器陣列（301）提供恒流激勵(lì)；柔性熱敏傳感器陣列（301）感知流場(chǎng)壁面剪應(yīng)力變化，將模擬電壓信號(hào)u傳遞給信號(hào)調(diào)理電路（303）進(jìn)行放大、濾波，得到調(diào)理后信號(hào)u'，數(shù)據(jù)采集模塊（304）將調(diào)理后信號(hào)u'從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)U后輸入數(shù)據(jù)傳輸模塊（306）；溫度補(bǔ)償模塊（305）將環(huán)境溫度信號(hào)傳輸給數(shù)據(jù)傳輸模塊（306），數(shù)據(jù)傳輸模塊（306）與數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)模塊（307）進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；

所述柔性熱敏傳感器陣列（301）延流體壁面貼附；柔性熱敏傳感器陣列（301）包括N個(gè)柔性熱敏傳感器單元，柔性熱敏傳感器單元的長(zhǎng)度方向與流場(chǎng)速度方向垂直；各柔性熱敏傳感器單元串聯(lián)連接，采用四線制經(jīng)銅導(dǎo)線（102）接入信號(hào)調(diào)理電路（303）；所述四線制為傳感器單元與電路的連接方式，熱敏傳感器單元（101）通過(guò)銅導(dǎo)線（1021）與銅導(dǎo)線（1024）加載恒定激勵(lì)電流，其兩端電壓信號(hào)通過(guò)銅導(dǎo)線（1022）與銅導(dǎo)線（1023）導(dǎo)出與后端信號(hào)調(diào)理電路（303）連接；

所述高精度恒流源（302）是基于高精度電壓基準(zhǔn)芯片的低溫漂、低噪聲恒流驅(qū)動(dòng)電路。高精度恒流源（302）包括開關(guān)電源（401）、三端穩(wěn)壓芯片（402）、恒溫基準(zhǔn)芯片（403）、運(yùn)放（404）、場(chǎng)效應(yīng)管（405）；三端穩(wěn)壓芯片（402）作為恒流電路的一級(jí)穩(wěn)壓環(huán)節(jié)，開關(guān)電源電壓（401）輸出端與三端穩(wěn)壓芯片（402）的輸入管腳相連，三端穩(wěn)壓芯片（402）的接地管腳接地，其輸出管腳與恒溫基準(zhǔn)芯片（403）的輸入管腳相連；恒溫基準(zhǔn)（403）作為恒流電路的二級(jí)穩(wěn)壓環(huán)節(jié)，恒溫基準(zhǔn)芯片（403）的兩個(gè)輸出管腳中，其中一個(gè)輸出管腳信號(hào)輸出給運(yùn)放（404）的正向輸入端，其另一個(gè)輸出管腳信號(hào)輸出給運(yùn)放（404）的反向輸入端；運(yùn)算放大器（404）和場(chǎng)效應(yīng)管（405）起到擴(kuò)流作用，運(yùn)放（404）的輸出端接入場(chǎng)效應(yīng)管（405）的柵極，場(chǎng)效應(yīng)管（405）的漏極與運(yùn)放（404）的反向輸入端之間串聯(lián)有調(diào)理電阻R，場(chǎng)效應(yīng)管（405）的源極為所述柔性熱敏傳感器陣列（301）供電，柔性熱敏傳感器陣列（301）的各熱敏傳感器單元串聯(lián)后，接入場(chǎng)效應(yīng)管（405）的源極與地之間。

2.一種基于如權(quán)利要求1所述裝置進(jìn)行壁面剪應(yīng)力測(cè)試的方法，其特征在于,包括如下步驟：

步驟1：將柔性熱敏傳感器陣列（301），在不加恒流源激勵(lì)的條件下,讀取柔性熱敏傳感器陣列（301）各柔性熱敏傳感器單元的電阻值R_i，i＝1,2,...,N，通過(guò)測(cè)定的電阻—溫度關(guān)系得到各柔性熱敏傳感器單元處對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度，i＝1,2,...,N；

步驟2：高精度恒流源（302）向柔性熱敏傳感器陣列（301）加載恒流激勵(lì)I(lǐng)，讀取在流場(chǎng)環(huán)境下各柔性熱敏傳感器單元的電壓值U_i，i＝1,2,...,N，獲得此時(shí)各柔性熱敏傳感器單元對(duì)應(yīng)的阻值通過(guò)測(cè)定的電阻-溫度關(guān)系獲得此時(shí)各柔性熱敏傳感器單元對(duì)應(yīng)的傳感器實(shí)時(shí)溫度T_si，i＝1,2,...,N；

步驟3：通過(guò)公式，i＝1,2,...,N,其中，A、B、C為通過(guò)標(biāo)定獲得的常數(shù)，從而得到各柔性熱敏傳感器單元處對(duì)應(yīng)的剪應(yīng)力υ_i。