低速流体边界层分离检测试验

结合边界层分离点附近的切应力变化规律,对边界层分离特性进行研究,确定边界层分离点的判定依据.采用分立元件通过表面贴装工艺来实现柔性微型热膜传感器阵列的集成,并研究该传感器阵列中敏感元件、柔性衬底的设计及传感器的排布,解决柔性传感器阵列对微细加工工艺要求较高的难题.根据边界层分离点判定依据,在低速风洞试验中对传感器阵列的性能和传感器阵列输出信号采用统计量算法和傅里叶变换功率谱算法进行处理判断,并与计算流体力学仿真结果对比,结果表明制造的微型热敏传感器阵列能够实现对流体边界层分离位置的在线测量.     

基于柔性传感器阵列的边界层分离位置测定实验研究

结合边界层分离点附近的剪应力变化规律，提出针对在飞行器外表面贴附微型传感器的分离点检测方法，给出了相应微型剪应力传感器阵列的设计方案。研制了在柔性聚酰亚胺衬底集成微型热敏传感器的柔性传感器阵列，解决了柔性传感器阵列对微细加工工艺要求较高的难题。在低速风洞实验中对传感器阵列的性能和传感器阵列输出信号的处理判断方式进行了验证，实验结果分析表明，研制的微型热敏传感器阵列能够实现对流体边界层分离位置的在线测量。     

微型柔性热敏传感器阵列应用研究

边界层分离点检测是实现分离流主动控制的前提和基础，也是气动控制灵巧蒙皮系统研究的重点和难点。以流体边界层分离点检测技术为研究对象，以流体边界层分离点判定的风洞实验为验证目标，设计制作微型热敏传感器与聚酰亚胺柔性衬底，并首次利用微装配技术集成分立敏感元件与柔性衬底形成热敏传感器阵列。首先，采用分立元件通过表面贴装工艺来实现柔性微型热膜传感器阵列的集成，并研究该传感器阵列中敏感元件、柔性衬底的设计及传感器的排布。然后，在低速风洞实验中对传感器阵列的性能和传感器阵列输出信号采用统计量算法的方式进行处理判断，判定圆柱翼型的流体分离点位置。最后，对实验的结果所作的分析表明，该微型柔性热敏传感器阵列满足流体分离检测系统实时性、动态性的要求。     

基于连续小波变换的二维边界层分离点判定

边界层分离点位置的检测是实现主动流动控制的基础和关键,采用可挠性的微型热膜传感器阵列对二维边界层分离点进行实时在线测量是一种新方法。针对小波变换在边界层分离流多尺度旋涡处理方面的优势,采用Morlet连续小波变换对传感器阵列信号进行时频域分析,根据边界层分离前后脉动旋涡频率段在时域上的百分比来确定分离点位置。结果显示采用该方法可以有效地判定出边界层分离点振荡区间。     

边界层分离点实时检测方法

微型剪应力传感器以尺寸小、时空分辨率高的特点在边界层分离点测量中表现出了突出的优势。通过分析用于检测流体参数的微型热敏剪应力传感器的工作原理,设计了柔性热敏剪应力传感器阵列和恒流驱动电路。使用DAQPCI6024E及LabVIEW软件完成数据采集与实时信号处理,并提出采用均值变化量判断分离点的位置。风洞试验结果表明:该方法可行有效,可精确确定边界层分离点的位置。     

基于建筑变形监测的高性能压力传感器的仿真研究

为了实现高精准、实时性的建筑变形监测,设计建筑内嵌式柔性微型压力传感器模型,并通过结构优化逐步提高其对建筑物内应力信号的传感灵敏度与传感精度。利用COMSOL仿真软件构建基于PVDF压电式微型压力传感器有限元模型,通过对传感层进行表面微结构与体内孔隙修饰等方法改进器件结构,以此提高压电传感层的应变能力。研究结果表明,相比于传统平面传感层器件,其压力传感性能获得大幅提升,其中压电势传感信号增强490%,传感器灵敏度提升676%。最后,构建阵列化压力传感器模型,并通过优化结构提高传感器阵列对力学信号响应的空间分辨率,这有助于精准探测建筑物内应力的爆发位置与扩散路径。     

用于蒙皮外表面空气流测量的MEMS微型压力传感器

为实现飞行器蒙皮外表面空气流的分布式压力检测,设计了基于微机电系统(MEMS)技术的光学压力微型传感器。传感器敏感元件主体结构采用单晶硅的法布里帕罗标准具,并通过光纤与发光二极管和光电探测器等光学元件相连。确定了MEMS微型传感器的关键结构与尺寸,并对压力敏感膜片的变形及反射率等进行了理论计算和行为仿真,结果表明达到预期的设计目标。该传感器具有精度高、抗电磁干扰、尺寸小、耗能低等优点。     

渣浆泵叶片边界层分离点位置移动的试验分析

根据渣浆泵叶片压力面边界层控制方程以及边界层分离位置移动的参考点法,通过对分离点位置移动的试验结果分析,指出边界层分离点的位置能随分离参考点位置的改变而同向移动,而叶片形状的改变是引起过流表面边界层分离参考点位置移动的主要原因。借助于分离参考点的位置坐标,通过改变叶片形状系数,能有效地使分离参考点移向叶片出口端。若分离参考点接近于出口端,则可获得满意的测试结果,这说明边界层实际分离点的位置已经很接近于叶片的出口端。     

基于应变片压阻效应的柔性传感器阵列的设计

为了使应用于机器人"皮肤"的传感器满足柔性、可阵列化和灵敏度高的需求,在传统应变式压力传感器的基础上,提出了基于应变片的压阻式柔性压力传感器的设计方案。在实验室条件下,应用三元乙丙橡胶作为弹性元件,制作柔性压力传感器,根据应变片的压阻效应可知,在弹性元件表面的压力值与电阻的变化存在对应关系。为了能够快速识别每个传感器单元的受力信息,采用行扫描法对传感器阵列逐行扫描。为了能够大面积覆盖,采用FPC连接器对柔性传感器阵列块与块之间进行连接,以及进行传感器阵列与控制板之间信号的传递。     

基于超弹性体材料的微型光纤法珀压力传感器

针对体内介入式医疗应用需求,提出一种基于超弹性体材料的微型光纤法珀压力传感器设计与制作方法。 通过理论分 析建立了适合超弹性体硅橡胶材料的 Mooney-Rivlin 力学仿真模型,对不同组分、厚度感压材料的受压变形状态进行了理论分 析,并获得优化的传感器材料及结构参数。 进一步提出微型光纤法珀压力传感器的制作方法,通过感压性能测试、温度影响测 试和体外血液压力测试,对比验证了不同参数传感器的感压性能。 结果表明,在感压材料直径 180 μm、厚度 250 μm 时,测压范 围 0~ 40 kPa 内传感器的压力灵敏度达到 154. 56 nm/ kPa,20℃ ~ 50℃大温度范围内引起的压力测量相对误差仅为 0. 36% ,温度 对压力测量的影响完全可忽略。 相比传统膜片式光纤压力传感器,基于超弹性体材料的微型光纤法珀压力传感器不仅尺寸小、 灵敏度高,还具有成本低、方便制作的技术优势。