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。     

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。     

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.     

用于边界层分离点检测的微型压力传感器阵列研究

基于边界层流动与分离的特性,探讨了根据表面压力分布变化,检测物体表面边界层分离点的测量方法.根据边界层分离点测量的特点,给出了一种基于柔性衬底的微型压力传感器阵列的结构设计,并对背引线技术进行了初步研究.设计的微型压力传感器阵列可有效满足边界层分离点的检测要求,进一步拓展了MEMS器件的工程应用范围.     

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。     

微型热敏传感器的薄膜电阻设计研究

应用微型热敏传感器薄膜电阻的电阻温度系数设计方法,得到基于热敏电阻的电阻温度系数的计算和设计参数.结合针对流体壁面剪应力测量的应用要求,分析多晶硅和铂金属热敏电阻的优缺点,并且对试验电阻进行电阻温度系数和时间常数的分析计算,依据计算结果确定微型热敏传感器薄膜电阻的基体材料、薄膜材料和特征尺寸等参数,为微型热敏传感器的实际应用提供参考依据和分析方法.     

微型热敏剪应力传感器的温度补偿

微型热敏剪应力传感器在航空航天等领域有重要应用价值,然而基于热敏感原理的间接剪应力测量会引入流体环境温度的影响.结合热敏剪应力传感嚣的热交换模型,研究了流体环境温度变化的影响机理.分析了常用温度修正方法的应用局限性,设计了结合流体温度、从信号处理角度修正传感器输出的温度补偿方法,没有增加电路复杂程度,显著提高了测量精度.测试实验表明:当流体环境温度在10～20℃范围变化时,温度造成的输出信号偏移误差从原来的2％/℃降低到了0.5％/℃,证明了该方法的有效性.     

微型热敏传感器系统动态特性理论研究

通过分析用于检测流体参数的微型热敏传感器的工作原理，针对恒流和恒温驱动电路驱动的此类传感器组成的系统，提出了对微型热敏传感器系统动态特性分析的依据和计算设计方法。并且通过对一阶恒流电路驱动传感器系统的时间常数和二阶恒温电路驱动传感器系统的响应频率的计算和分析，得到基于MEMS技术的热敏传感器系统的时域、频域参数的计算和设计依据，为此类传感器的器件设计和性能分析提供了重要的参考依据。     

风洞试验用MEMS传感器阵列数据处理软件设计

针对智能化网络化传感器与蒙皮式阵列式传感器交叉和发展的趋势,将柔性封装技术与智能结构相结合,文章提出了基于蒙皮式的微型智能结构的概念。针对飞行器风洞实验过程中测试所得数据,实现了风洞试验采集数据的三维显示,并对采集的数据进行分析处理,最后将其应用在实际的测试系统中;同时,通过将采集的数据与常规测压实验、飞机飞行实验所测数据进行比较分析,对此次实验测得的气动参数进行评估,验证了表贴式MEMS传感器阵列的准确性与可行性,从而为风洞实验数据处理提供了一种新的思路。     

全柔性热膜微传感器阵列制造工艺及性能优化

利用MEMS微加工技术,以镍作为热敏材料,在柔性衬底上制作出了全柔性热膜微传感器阵列,具有软性可弯、便于曲面贴附实现分布测量、高灵敏度的特点。结合制备工艺与性能测试,首次系统性分析掌握了氩气压强、衬底温度、溅射功率、退火温度等工艺参数对电阻温度系数的影响规律。通过优化工艺参数以提高柔性热膜微传感器的电阻温度系数,使其达到了4640 ppm/℃,并且保持了较好的线性度。     

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。     

Unsteady boundary layer for a pitching airfoil at low Reynolds numbers

An experimental study was conducted in order to investigate unsteady boundary layers for a pitching airfoil. An NACA0012 airfoil sinusoid-pitched at quarter chord was employed, and its mean angle-of-attack and oscillation amplitude were 0° and 6°, respectively. To explore the unsteady boundary layers, smoke-wire visualization and surface-mounted probe measurements were pursued for three different cases, varying with Reynolds numbers (Re_c=2.3×10⁴, 3.3×10⁴, and 4.8×10⁴). A reduced frequency of 0.1 was identically set in all cases. Results show that in the presented Reynolds number range, the separation bubble dependent on both angle-of-attack and Reynolds number was observed, accompanied with unsteady laminar separation after reattachment. The unsteady laminar separation occurred at the saddle point, which was formed by the two vortices, the wall, and the external flow, and it was independent of reverse flow. This result indicates that the unsteady laminar separation occurs during the process of transition after the reattachment of separated boundary layer for an unsteady flow. The reverse flow observed over the trailing edge significantly interacted with the trailing edge vortex that rotates in the streamwise direction. This trailing edge vortex prevents the uppermost of the reverse flow from reaching to the unsteady laminar separation point during the upstroke, and this induces that the boundary layer breakdown does not occur in spite of the occurrence of laminar separation. The discrete vortices are formed by unsteady laminar separation, and its formation is ultimately affected by the Reynolds number. Consequently, it is obvious that the unsteady boundary layers are ultimately sensitive to Reynolds number in a low Reynolds number regime.     

精密离心机静偶不平衡分离的研究

分析惯导用精密离心机动平衡测试系统的测试信号;分别研究静不平衡与偶不平衡作用下转子的回转中心,分析静不平衡与偶不平衡的输出信号,求得静不平衡与偶不平衡,对干脆步平衡及偶不平衡分别在双校正面上进行了分离。解决由于测试点不在转子的支承处,所测得的振幅无法直接应用于静偶不平衡分离的力方程和力矩方程中的问题。     

浊点萃取在原子吸收光谱分析中的应用进展

浊点萃取(Cloud Point Extraction,CPE),是基于非离子型表面活性剂溶液的浊点现象和胶束增溶效应而建立的一种萃取技术。大部分金属螯合物具有微溶于水的特性,与表面活性剂的疏水基团结合,富集于小体积的富胶束相内,亲水性物质仍留在水相中。再经两相分离,即可实现样品中的目标化合物的分离和富集。浊点萃取法的优点:避免使用对人体有害的挥发性有机溶剂,不污染环境,安全;试剂消耗少,经济;减少萃取时间,快速高效;操作比较简便;对各种分析物具有高的萃取效率,富集倍数大;易于与仪器分析方法联用等。浊点萃取是分离和富集痕量金属离子的有效方法,是一种有发展前途的环境友好的分离富集技术。     

Shearing conditions on the interface of a spherical water drop sinking in silicone oil

This paper deals with the experiment to obtain quantitative information about conditions of the interface between a water drop and surrounding oil. Velocity distributions in very close region of the interface are measured by introducing a new illumination technique and a telecentric lens. It enables precise measurements of velocity distributions in the close region to the interface. Although the measured velocity distributions exhibit strong influence from the solid wall of an experimental tube, the coincidence of inner and outside velocities on the interface is clearly confirmed for the clean interface. The shearing stresses on the interface, which are proportional to the velocity gradient normal to the interface, clearly show conditions of contaminated interface, which can be divided into two parts. From front stagnation point to somewhere near a separation point, the distribution of shearing stresses is well coincide with that of the Hadamard’s analytical solution, while the distribution on the latter part of the interface shows quite different feature, which is supposed to be strongly influenced by contamination of the surface.     

基于2D自适应补偿原理的压电自感知执行器振动信号分离技术

针对压电自感知执行器电学物理模型，分析了现有的提取结构振动信号方法存在的问题，改进了一维最小二乘均方自适应补偿系统的设计，提出了利用二维最小二乘均方自适应算法实现压电自感知执行器传感与激励信号间的动平衡分离，设计了基于TMS320LF2407DSP的二维最小二乘均方自适应信号分离系统，实现了对压电自感知执行器输出信号大小、相位的二维补偿，并从理论上进行了收敛性证明。实验结果证实，基于二维最小二乘均方自适应算法可真正实现压电自感知执行器传感与激励信号完全的、不失真的理想分离。     

基于 X 射线图像和激光点云的煤矸识别方法

煤矸高效分选是实现煤炭资源绿色开采的重要手段,其核心技术是煤和矸石的快速精准识别。 因此,本文提出了基于 X 射线图像和激光点云融合的煤矸识别方法。 首先,设计了基于局部熵和全局均差加权的改进 Otsu 分割算法,以此提高 X 射 线图像的分割精度和分割效率;同时,利用直通滤波和体素栅格降采样简化了煤矸激光点云数据,进而提取了 X 射线图像和激 光点云的煤矸组合特征。 然后,针对传统麻雀搜索算法( SSA)易陷入局部最优和种群多样性差等问题,提出了多策略改进的 SSA 算法(ISSA),并用于轻量梯度提升机(LightGBM)参数的寻优,进而设计了基于 ISSA-LightGBM 的煤矸快速识别模型。 最 后,搭建了煤矸识别实验平台,开展了相应的实验对比分析,结果表明:ISSA-LightGBM 模型的煤矸识别准确达 99. 00% ,综合性 能优于其它模型,满足了煤矸高效识别的需求。     

Effect of vegetative bed on flow structure through a pool-riffle morphology

Natural habitats are created and developed through pool-riffle sequences in rivers, while vegetation cover could play a critical role in the sediment transfer and its quantity and quality. In this study, the effect of vegetation cover on the flow structure in a pool-riffle sequence is investigated in a laboratory flume under bed formation to compare with non-vegetated cover. In this context, instantaneous point velocities were measured by ADV to determine averaged velocity, shear velocity, root mean square velocity, friction factor, Reynolds shear stress and turbulence intensities. Results showed that the vegetation cover increases the thickness of the wall law. Meanwhile, the length of the flow separation zone in the vegetated bedform is more than in the non-vegetated bedform. Variation in roughness coefficients may cause a new boundary layer in which local flow velocities decrease. In both cases (vegetated and non-vegetated bedforms), the momentum is mostly transferred by ejection and sweep phenomena between flow and bedform.