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传感技术学报 2007年第5期20卷 1134-1138页

作者：费海平朱荣周兆英清华大学精密仪器与机械学系北京100084

阐述了微型热式流速传感器测速的基本原理,并结合微型飞行器(MAVs)的特征,介绍了微型热式流速传感器在微型飞行器翼表流场测量中的应用,以及整个测量系统的组成.传感器敏感元件选用薄膜铂热敏电阻,采用恒压式工作方式,通过风洞试验,对... 详细信息

阐述了微型热式流速传感器测速的基本原理,并结合微型飞行器(MAVs)的特征,介绍了微型热式流速传感器在微型飞行器翼表流场测量中的应用,以及整个测量系统的组成.传感器敏感元件选用薄膜铂热敏电阻,采用恒压式工作方式,通过风洞试验,对传感器进行了测试,并运用最小二乘法进行模型辨识.实验结果表明,所采用的流速传感器测量范围为0m/s～12m/s,测量精度为4%,基本满足微型飞行器翼表流场测量的使用要求.

关键词：热式流速传感器微型飞行器流速测量最小二乘法

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柔性智能蒙皮热式流速传感器的设计和应用研究

柔性智能蒙皮热式流速传感器的设计和应用研究

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作者：尹锋华中科技大学

学位级别：硕士

流速测量是实现飞行器气动控制的前提和基础,也是智能蒙皮传感测量系统研究的重点和难点。本文以可用于变体飞行器流速测量的柔性热式传感器为研究对象,对热式流速传感器从结构设计、理论建模与仿真、工艺优化、测试系统设计和风洞应用... 详细信息

流速测量是实现飞行器气动控制的前提和基础,也是智能蒙皮传感测量系统研究的重点和难点。本文以可用于变体飞行器流速测量的柔性热式传感器为研究对象,对热式流速传感器从结构设计、理论建模与仿真、工艺优化、测试系统设计和风洞应用验证等多个方面进行了探究,主要研究工作和创新之处在于:(1)设计了一种集热温差和热损耗检测于一体的多功能柔性热式流速传感器,在结构布局上采用热损失型和热温差型测量原理相结合的方案,消除了热式流速传感器不同测量原理间的测量局限性,扩大了传感器测量量程,实现了传感测量原理间的优势互补。(2)构建了热式流速传感器热特性机理模型和热-流耦合仿真模型,结合传感器结构特点,建立了基于热式微传感单元的热特性物理模型,分析了传感器几何结构参数与灵敏度的关系,并借助有限元软件构建了热-流耦合模型对传感器进行模拟仿真,确定了传感器合理尺寸参数范围。(3)优化了热式流速传感器制作关键技术和工艺参数,在合理选择传感器结构材料的基础上,探究了柔性传感器制备过程中的基于电喷印的超薄通孔连接、退火增强和老化增强等关键工艺技术,优化了成膜过程中影响Ni膜电阻温度系数(TCR)的磁控溅射参数,提高了传感器稳定性、可靠性和灵敏度。(4)搭建了热式流速传感器测试系统并对传感器进行了风洞应用验证,根据传感器测试原理设计了传感器关键硬件电路,提出了一种基于三次样条插值函数的流速流向解析算法,从而搭建传感器硬、软件测试平台完成了对传感器各项特征参数表征。并选取典型平板模型对传感器流速和流向精度进行了风洞测试,验证了传感器在流场测量中的可行性和实用性。

关键词：智能蒙皮电阻温度系数热式流速传感器热特性模型风洞测试

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基于激光加热和光纤光栅的微小流速与流向传感器研究

基于激光加热和光纤光栅的微小流速与流向传感器研究

引用

作者：尹彪厦门大学

学位级别：硕士

在水利水电的生产和安全监测领域,准确测量流体的流动速度和流动方向具有十分重要的意义。常规的流速流向传感器一般只适用于较高流速的应用场景,但在大坝健康安全监测中,需要对极低流速(1×10-4 cm/s)的渗流进行监测;在其它微流管道流... 详细信息

在水利水电的生产和安全监测领域,准确测量流体的流动速度和流动方向具有十分重要的意义。常规的流速流向传感器一般只适用于较高流速的应用场景,但在大坝健康安全监测中,需要对极低流速(1×10-4 cm/s)的渗流进行监测;在其它微流管道流量测量应用领域,微小流速的测量也十分重要。热式流速传感器在流速测量领域有较大的应用,由于加热体温度以及加热体周围流体的温度分布与流体的运动状态有关,通过测量加热体的温度以及其周围温度场的变化,可以获得流体流速及流向的信息。传统的热式流速流向传感器采用电加热方式,需要将金属导线布设至较远距离的监测点,使用时存在安全和长期可靠性问题;采用电子式的温度传感监测方案,存在传感器需要供电、传感信号长距离传输易受环境干扰、传感系统长期可靠性差等问题。针对传统和常规的基于温度变化的液体流速流向传感测量问题,本文提出采用光纤传送的激光加热、以及通过光纤布拉格光栅(FBG)监测加热体和周围温度场分布变化的新型微小流速流向传感测量方案,通过理论仿真和实验测量验证了本文所提方法的可行性。基于光纤传送激光的加热以及光纤光栅的流速流向传感器具有传感器灵敏度高、体积小、耐腐蚀、长期可靠性高、可实现远距离实时在线监测等优点,在水利水电领域具有广阔的应用前景。本文主要研究内容和工作如下:1、通过COMSOL仿真软件分析了低流速下加热体及其周围的温度变化规律,研究了脉冲和恒定两种加热方式下温度变化与流速流向的关系,为流速流向传感器的设计提供理论基础;2、对于通过电流或激光直接加热传感光纤在应用上可能存在的问题,提出一种激光加热金属体的热源结构,提高了加热效率,降低了热式流速传感器的成本和传感头设计的复杂性,为加热功率和传感信号全光纤传输、高灵敏、低成本的光纤流速流向传感器的实现提供了保障;3、设计制作了一种通过脉冲激光加热的光纤流速传感器。基于加热体温度随时间变化规律与液体流速有关的这一特性,通过光纤光栅实现了极低流速的测量。通过布设在加热体附近不同位置的FBG还可以判断水流方向。4、基于恒定加热情况下热源周围温度分布与液体的流速和流向有较大关系这一特点,提出了一种通过在热源周围不同方位布设光纤光栅测量流体温度场变化的流速流向传感方案。通过软件仿真分析了不同流速和流向下加热体周边温度场的变化规律,证明了该测量方案的可行性。

关键词：光纤光栅传感器热式流速传感器对流传热流速测量流向测量

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