[发明专利]一种流体压力场测量装置及方法

权利要求书

1.一种流体压力场测量装置的测量方法，其特征在于，所述的流体压力场测量装置包括Z方向滑台模组(1)、Y方向滑台模组(2)、X方向滑台模组(3)、龙门架(4)、工作台(5)、PVDF压电薄膜传感器(6)、工件(7)、水箱(8)、载荷放大器(9)、采集卡(10)、计算机(11)和射流喷嘴(12)；

龙门架(4)固定在工作台(5)上，龙门架(4)的上端水平固定Y方向滑台模组(2)，Y方向滑台模组(2)与Z方向滑台模组(1)滑动连接且相互垂直；Z方向滑台模组(1)侧面固定射流喷嘴(12)，射流喷嘴(12)的喷射方向垂直向下；X方向滑台模组(3)水平固定在工作台(5)上表面，X方向滑台模组(3)位于龙门架(4)内且与Y方向滑台模组(2)垂直；X方向滑台模组(3)上表面固定水箱(8)，水箱(8)内部由下而上依次设有工件(7)和PVDF压电薄膜传感器(6)，用于收集流体循环利用；PVDF压电薄膜传感器(6)与载荷放大器(9)、采集卡(10)和电子计算机(11)依次连接，实现射流力实验数据的采集；

所述的射流喷嘴(12)为圆柱形射流喷嘴，其射流为圆形；PVDF压电薄膜传感器(6)为正方形传感器；PVDF压电薄膜传感器(6)的正方形面积大于射流喷嘴(12)的射流圆形面积；

所述的流体压力场测量装置的测量方法，步骤如下：

步骤一：将工件(7)上表面固定PVDF压电薄膜传感器(6)，启动喷嘴(12)；

步骤二：移动Z方向滑台模组(1)，使射流喷嘴(12)射流冲击PVDF压电薄膜传感器(6)，通过移动Y方向滑台模组(1)和X方向滑台模组(3)改变射流喷嘴(12)射流冲击PVDF压电薄膜传感器(6)的面积，使PVDF压电薄膜传感器(6)所测方形区域的四个角点依次成为射流喷嘴(12)射流冲击扇形区域的顶点；

通过PVDF压电薄膜传感器(6)和工作台的X、Y、Z轴的滑台模组移动来获取并记录射流喷嘴(12)的射流与PVDF压电薄膜传感器(6)的接触位置、射流半径R、接触角点的坐标系以及压力

实时的射流压力值：

其中，为射流喷嘴(12)射流与PVDF压电薄膜传感器(6)冲击扇形区域的压力值；

步骤三，以射流喷嘴(12)射流截面的圆心为坐标原点，在任意位置用射流喷嘴(12)射流冲击压电薄膜传感器(6)，通过X、Y轴的滑台模组移动，使得所测方形区域的四个角点依次成为冲击扇形区域的顶点，获得扇形区域的面积分别为S1，S2，S3，S4；

待测区域的面积：S_测＝S1-S2-S4+S3

步骤四，利用差分法计算测量分辨率下的任意位置的压力，则所测区域面积S_测的压力等于以所测方形区域四个角点为顶点的扇形区域压力的代数和：

其中，为以所测方形区域四个角点为顶点的扇形区域的所受压力代数值；

通过所测区域面积S_测与压力即可得所测区域的压力场的大小；

步骤五，通过重复步骤二到四，获得同一平面压力场的分布；通过Z方向滑台模组(1)调节Z轴，通过Z轴的调节，实现射流喷嘴Z向的移动，即实现不同高度压力场的精细化测量。

2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述的滑台模组的伺服电机的脉冲当量为360°/2²⁴，能实现X,Y方向40nm正方形区域的移动，即能得到最小分辨率为40×40nm的区域的压力场的测量。