[发明专利]节肢动物蛊毛气体微流量感知在线测试系统

说明书

技术领域

本发明属于图像法非接触精密测量领域，具体涉及一套节肢动物蛊毛气体微流量感知及相关的仿生气体微流量传感器在线检测系统。通过图像法测量节肢动物体表蛊毛具有微小气体流量感知功能或基于蛊毛感知原理的仿生微流量传感器的类蛊毛结构在外加激励作用下的摆角和其上某点的位移，从而为节肢动物蛊毛气体微流量感知机理的研究提供技术支持，同时对基于蛊毛感知原理的仿生微流量传感器进行性能评价。

背景技术

精确测量气体微流量具有十分重要的意义。目前主要的气体流量测量方式有机械式气体流量检测、热线热膜式气体流量检测、超声和激光多谱勒(LDA)流速流量检测方法等。但是以上传统测量方式大都受体积大、结构复杂和成本高的限制。模仿节肢动物蛊毛微小流量感知设计出的仿生微流量气体传感器由于结构简单、体积小、灵敏度高等优点已成为微流量气体传感器发展的一个重要方向。但是，针对基于蛊毛感知原理的仿生微流量传感器以及节肢动物蛊毛气体微流量感知机理研究的相关实验设备却相对匮乏。国内外从事此领域研究工作者广泛使用的测量仪器主要还是由30年前奥地利Vienna大学F.G.Barth教授最初提出的“Barth试管”，即在装有被测节肢动物的试管的两端设置扬声器，两个扬声器鼓膜震动模拟微小气体流量的激励并采用激光测量蛊毛或类蛊毛结构的位移量。但是，实际应用中，扬声器产生的振动易传到被测生物体或仿生传感器上而干扰测量，且激光测量光束的直径大于被测蛊毛的直径，导致试验的重复性较差。所以，研发一款高效、方便和准确的节肢动物蛊毛气体微流量感知/仿生微流量气体传感器在线检测系统具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种节肢动物蛊毛气体微流量感知在线测试系统，本发明基于图像法非接触测量节肢动物蛊毛气体微流量感知。

本发明是由气浮隔振台、玻璃密封罩、激光多普勒测速仪、高速摄像机、被测件、R轴转台、导气管、电磁阀、z轴升降台和xy电动平移台组成，激光多普勒测速仪、高速摄像机、被测件、R轴转台、z轴升降台和xy电动平移台置于气浮隔振台之上，并由玻璃密封罩密封，玻璃密封罩一侧设置进气口，导气管一端对准被测件，导气管的另外一端设置电磁阀，电磁阀的开关由上位机发出的脉冲开关信号控制；z轴升降台设置在xy电动平移台上，R轴转台设置在z轴升降台上，被测件置于R轴转台上，与导气管相对的R轴转台另一侧设置激光多普勒测速仪，激光多普勒测速仪与导气管同轴线，在与激光多普勒测速仪和导气管的轴线的两侧各45°方向放置两台高速摄像机，两台高速摄像机的光轴相互垂直且对准被测件，高速摄像机分别记录被测件在两个相互垂直的坐标平面内蛊毛或类蛊毛结构的摆角和其上某一点的位移；R轴转台、z轴升降台和xy电动平移台组成一个四轴R-z-xy电动位移台，由上位机控制，四轴R-z-xy电动位移台能调整被测件在测量系统中的相对位置；激光多普勒测速仪、高速摄像机和电磁阀由上位机同步控制，得到的测量数据由上位机记录。同时，通过R轴转台的角位移可以对被测蛊毛结构各个周向的流量感知性能进行测试；调整电磁阀的开关信号以达到控制激励气流的频率和流速，从而适应不同流速和气流频率下的测试要求。

激光多普勒测速仪测量出经导气管吹向被测件的气流流场分布，结果直接显示在上位机中。在激光多普勒测速仪与导气管轴线两侧各呈45°的方向各设置一个高速摄像机，高速摄像机的光轴垂直于并激光多普勒测速仪和导气管的轴线相交于一点，被测件位于此交点。高速摄像机采集到的图像导入到上位机中，高速摄像机、激光多普勒测速仪和电磁阀的开关信号三者同步，一并由上位机记录及控制。

本发明以被测件为原点O，两个高速摄像机的光轴分别为x轴和y轴，垂直于气浮隔震台的竖直方向为z轴，以此形成O-xyz笛卡尔坐标系。两个高速摄像机分别记录下x-O-z和y-O-z两个坐标平面内被测的节肢动物蛊毛或仿生微流量气体传感器的类蛊毛结构经气流激励后的摆角和蛊毛上某点的位移。

被测的节肢动物蛊毛或仿生微流量气体传感器的类蛊毛结构在O-xyz测量系中的位置由四轴R-z-xy电动位移台控制：改变R轴转台的角位移可以对被测蛊毛结构各周向的流量感知性能进行测试；通过z轴升降台的升降和xy电动位移台的三向平移保证被测件在O-xyz测量系中的原点O的合理范围内。调整导气管的电磁阀的开关信号以及出气压力以达到控制激励气流的频率和流速，适应不同流速和频率下的测试要求。

本发明的有益效果：