[发明专利]基于柔性热敏传感器的壁面剪应力测试装置及其测量方法

权利要求书

1.基于柔性热敏传感器的壁面剪应力测试装置，其特征在于：包括柔性热敏传感器阵列（301）、高精度恒流源（302）、信号调理电路（303）、数据采集模块（304）、温度补偿模块（305）、数据传输模块（306）、数据处理存储模块（307）；所述高精度恒流源（302）为柔性热敏传感器阵列（301）提供恒流激励；柔性热敏传感器阵列（301）感知流场壁面剪应力变化，将模拟电压信号u传递给信号调理电路（303）进行放大、滤波，得到调理后信号u'，数据采集模块（304）将调理后信号u'从模拟信号转换成数字信号U后输入数据传输模块（306）；温度补偿模块（305）将环境温度信号传输给数据传输模块（306），数据传输模块（306）与数据处理存储模块（307）进行数据交互；

所述柔性热敏传感器阵列（301）延流体壁面贴附；柔性热敏传感器阵列（301）包括N个柔性热敏传感器单元，柔性热敏传感器单元的长度方向与流场速度方向垂直；各柔性热敏传感器单元串联连接，采用四线制经铜导线（102）接入信号调理电路（303）；所述四线制为传感器单元与电路的连接方式，热敏传感器单元（101）通过铜导线（1021）与铜导线（1024）加载恒定激励电流，其两端电压信号通过铜导线（1022）与铜导线（1023）导出与后端信号调理电路（303）连接；

所述高精度恒流源（302）是基于高精度电压基准芯片的低温漂、低噪声恒流驱动电路。高精度恒流源（302）包括开关电源（401）、三端稳压芯片（402）、恒温基准芯片（403）、运放（404）、场效应管（405）；三端稳压芯片（402）作为恒流电路的一级稳压环节，开关电源电压（401）输出端与三端稳压芯片（402）的输入管脚相连，三端稳压芯片（402）的接地管脚接地，其输出管脚与恒温基准芯片（403）的输入管脚相连；恒温基准（403）作为恒流电路的二级稳压环节，恒温基准芯片（403）的两个输出管脚中，其中一个输出管脚信号输出给运放（404）的正向输入端，其另一个输出管脚信号输出给运放（404）的反向输入端；运算放大器（404）和场效应管（405）起到扩流作用，运放（404）的输出端接入场效应管（405）的栅极，场效应管（405）的漏极与运放（404）的反向输入端之间串联有调理电阻R，场效应管（405）的源极为所述柔性热敏传感器阵列（301）供电，柔性热敏传感器阵列（301）的各热敏传感器单元串联后，接入场效应管（405）的源极与地之间。

2.一种基于如权利要求1所述装置进行壁面剪应力测试的方法，其特征在于,包括如下步骤：

步骤1：将柔性热敏传感器阵列（301），在不加恒流源激励的条件下,读取柔性热敏传感器阵列（301）各柔性热敏传感器单元的电阻值R_i，i＝1,2,...,N，通过测定的电阻—温度关系得到各柔性热敏传感器单元处对应的环境温度，i＝1,2,...,N；

步骤2：高精度恒流源（302）向柔性热敏传感器阵列（301）加载恒流激励I，读取在流场环境下各柔性热敏传感器单元的电压值U_i，i＝1,2,...,N，获得此时各柔性热敏传感器单元对应的阻值通过测定的电阻-温度关系获得此时各柔性热敏传感器单元对应的传感器实时温度T_si，i＝1,2,...,N；

步骤3：通过公式，i＝1,2,...,N,其中，A、B、C为通过标定获得的常数，从而得到各柔性热敏传感器单元处对应的剪应力υ_i。