[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

摘要

本发明公开了一种基于柔性热敏传感器的壁面剪应力测量装置及测量方法。该装置包括柔性热敏传感器阵列、高精度恒流源、信号调理电路、数据采集模块、温度补偿模块、数据传输模块、数据处理存储模块。本发明有意效果：1）该测试装置采用柔性热敏传感器，厚度小，对被测流场几乎没有影响，提高了测试的精度和有效性；2）柔性热敏传感器是基于传热学原理的，采用贴附的方法固定于流场中，可对壁面剪应力进行非破坏性实时测量，可以有效感知水下壁面剪应力的变化，能够承较大范围内的水流冲击和水中杂质的冲击，能够实现水下壁面剪应力的测试。3）由于传感器采用的是柔性热敏传感器，可根据被测壁面形状紧密贴合，提升了测量装置对环境的适应性。

主权项

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。