[发明专利]一种温度与壁面剪应力的时空同点位测量方法

说明书

本发明提供了一种温度与壁面剪应力的时空同点位测量方法，涉及智能传感测量技术领域，本方法包括步骤S1：对多层复合的热膜传感器的电阻温度系数进行标定，分别获取上层热敏测温单元和下层壁面剪应力热敏单元的电阻温度系数；S2：将多层复合的热膜传感器置于扁平槽道内；S3：通过预设流程测量工作电阻和工作电压，并进行测试；S4：通过调整扁平槽道内流体的温度和壁面剪应力，得到流体温度、壁面剪应力、上层热敏测温单元测量温度和下层壁面剪应力热敏单元的输出电压的数据信息。本方法能够实现柔性热敏传感器对温度和流体壁面剪应力的同时空准确测量。

技术领域

本发明涉及智能传感测量技术领域，具体而言，涉及一种温度与壁面剪应力的时空同点位测量方法。

背景技术

温度和壁面剪应力是流体力学测量领域的两个重要参量。科研与工程实践中，温度和壁面剪应力均可通过热膜传感器进行测量获取，即根据热膜传感器敏感单元不发热状态下的电阻温度特性和发热状态下强制对流换热的壁面剪应力耦合特性实现温度和壁面剪应力参量的测量。然而，正由于热膜的温度敏感特性，其在测量壁面剪应力时极易受到温度变化的影响，严重降低了该类传感器的测量准确性，阻碍了其应用推广。

对柔性热敏传感器的温度补偿，需要在被测流场中布置温度传感器，以实时监控流经发热敏感单元的流体温度，并针对传感器输出信号随温度变化的规律，通过温度补偿算法进行补偿。为了保证传感器的空间分辨率和来流温度测量的准确性，温度传感器和发热敏感单元之间需要保持很近的距离，但很近的距离又会导致温度传感器的测量结果受到发热敏感单元温度的影响。

发明内容

本发明解决的问题是如何实现柔性热敏传感器对温度和流体壁面剪应力的同时空准确测量。

为解决上述问题，本发明提供一种温度与壁面剪应力的时空同点位测量方法，包括步骤：

S1：对多层复合的热膜传感器的电阻温度系数进行标定，分别获取上层热敏测温单元和下层壁面剪应力热敏单元的电阻温度系数；

S2：将多层复合的热膜传感器置于扁平槽道内；

S3：通过预设流程测量工作电阻和工作电压，并进行测试；

S4：通过调整扁平槽道内流体的温度和壁面剪应力，得到流体温度、壁面剪应力、上层热敏测温单元测量温度和下层壁面剪应力热敏单元的输出电压的数据信息；

S5：将数据信息导入到人工神经网络多层感知器中进行训练，建立流体温度、壁面剪应力、上层热敏测温单元测量温度和下层壁面剪应力热敏单元的输出电压之间的耦合关系模型；

S6：将耦合关系模型导入信号调理FPGA模块中，并连接至多层复合的热膜传感器的测试数据采集卡上，按照步骤S3驱动多层复合的热膜传感器，进行温度与壁面剪应力的时空同点位测量。

在上述方法中，利用多层复合热敏传感器模拟人类皮肤的协同感知工作机制，通过多层复合热敏传感器的温度敏感单元和壁面剪应力敏感单元的空间堆叠设计获得耦合传感信号并采用神经网络算法实现两种物理量的解耦。通过恒温机制下多层复合热膜传感器的同点位多功能堆叠集成应用，实现柔性热敏传感器对温度和流体壁面剪应力的同时空准确测量。

进一步地，所述步骤S3包括：

S31：将上层热敏测温单元按照四线制法连接至数字台式万用表进行工作电阻的测量；

S32：将下层壁面剪应力热敏单元采用恒温电路驱动，并通过数据采集卡进行工作电压的采集；

S33：通过同步触发控制器控制数字台式万用表与数据采集卡进行同步测试。

进一步地，所述步骤S3中的上层热敏测温单元的输出温度为：