水下壁面剪应力传感器温控标定装置研究

新型壁面剪应力传感器的出现为河口海岸工程中水下壁面剪应力的准确测量提供了新的方式。热式壁面剪应力传感器受环境温度影响显著，相关传感器的研究与应用需要准确的标定。本文基于宽扁管道内壁面切应力与沿程压力梯度的关系，研发了一种具有温控功能的水下壁面剪应力传感器静态标定装置，可实现不同水温条件下的壁面剪应力输出。该标定装置可提供的最大水温在35℃。最后通过对MEMS柔性热膜式壁面剪应力传感器在不同水温条件下的静态标定实验，确定了不同水温条件下传感器的标定系数，结果表明标定系数B与水温呈线性相关。     

水下MEMS壁面剪应力传感器标定不确定度分析研究

针对MEMS壁面剪应力传感器进行了标定及其不确定度分析工作。标定基于压力梯度法，使用扁平校验水槽作为主要的试验装置。测量不同壁面剪应力下的MEMS输出电压信号，通过最小二乘拟合可获得标定系数。反复进行壁面剪应力及电压测量，同时查找相关产品说明书获得壁面剪应力及标定系数的不确定度。试验结果表明，剪应力测量的相对扩展不确定度小于7%，且外流速度越大，剪应力测量的不确定度越小，因此扁平校验水槽能够提供较高精度的剪应力输入；电压测量的相对扩展不确定度小于7%，且外流速度越大，电压测量的不确定度越小，因此传感器能够可靠地用于流体壁面剪应力的测量；标定曲线具有合理的形态且拟合相关性较高，因此标定公式具有较好的可靠性。     

MEMS 壁面剪应力传感器阵列水下标定实验研究

壁面剪应力的精确测量对于研究水下物体边界层流动、寻求有效的减阻增效措施至关重要。MEMS 壁面剪应力传感器的标定首先是最基本的静态标定,其决定了其测量的精度和数据的可信度。本文在分析已有标定方法的基础上研发1种新型水下壁面剪应力给定装置,并采用数值方法计算分析不同流速下的壁面剪应力给定条件,进而设计壁面剪应力传感器静态标定方案,开展了一种 MEMS 热膜式壁面剪应力传感器阵列的水下静态标定实验,获得了各传感单元的标定系数。     

壁面剪应力标定方法研究综述

流体壁面剪应力的标定是实现该类传感器测量的前提。本文介绍了目前主要的3种壁面剪应力静态标定方法和2种动态标定方法，研究了剪应力基准发生原理、标定装置组成及适用范围。归纳总结了各类标定方法的优势与缺点，为壁面剪应力传感器标定方法的合理选择提供参考。     

水下平板壁面剪应力MEMS测量研究进展

围绕水下平板壁面剪应力测量进行了一系列的试验测试研究工作，包括MEMS壁面剪应力传感器标定、平板模型设计、微弱信号测量系统开发、平板边界层参数估计与CFD仿真分析以及近壁面速度剖面LDV测量等。对于速度为0.2~0.7m/s的来流，基于MEMS传感器阵列对水下壁面剪应力进行了测量，同时使用LDV进行速度剖面测量，并通过对速度剖面的拟合求解出平均壁面剪应力值。通过比较可知，MEMS测量结果、LDV速度剖面法拟合结果和经验公式计算结果三者一致性较好，相互之间差别在5%以内。     

水下MEMS壁面剪应力传感器标定方案仿真分析与实验验证

壁面剪应力的精确测量对于研究水下物体边界层流动、寻求有效的减阻增效措施至关重要。ME MS壁面剪应力传感器的标定,首先是最基本的静态标定,决定了其测量的精度和数据的可信度。为辅助实现水下ME MS壁面剪应力传感器的精确标定,本文对采用槽道流法的精密标定装置流动条件进行数值仿真及激光多普勒测速仪测速实验,确定了标定试验段中流场从槽道入口处充分发展至稳定所需长度、压力分布情况及所能给定标定使用的壁面剪应力范围,进而设计标定方案;壁面剪应力的实验结果与数值计算和理论分析对比吻合较好,验证了标定方案的合理性,为下一步开展 ME MS剪应力传感器阵列水下标定试验提供技术基础。     

光纤涡轮流量传感器及检测系统研究

介绍一种利用光学方法检测涡轮转速的光纤涡轮流量传感器及检测系统。它具有信噪比高、量程比大的优点．试验表明，光纤涡轮流量传感器的量程比高达４０：１，比常用的磁电式涡轮流量计大３倍，可满足航空发动机过渡态燃油流量的宽量程测量要求．还详细介绍了光纤涡轮流量传感器的结构和工作原理、温度修正原理，以及检测系统的硬件电路。最后给出传感器标定结果，并讨论了在航空发动机燃油测量中的应用。     

基于多传感融合的自动钻铆孔位在线测量方法

为了获得飞机壁板自动钻铆中孔位的实际位置和法向信息,提出了一种基于视觉和激光测距多传感器融合的孔位在线测量方法,该方法可以实时获得钻铆任务的孔位偏差修正量,从而保证壁板钻铆质量。首先,通过建立视觉和激光测距传感器与钻铆机参考坐标系间的映射关系,获得了钻铆孔位在线测量的多传感器融合模型,给出了孔位位置和法向的在线测量原理。然后,为了简化标定过程和提高标定精度,设计了一种同时适用于视觉和激光测传感器的标定板,给出了位置和法向测量的标定方法。最后,测量试验表明,多传感融合的在线测量方法孔位测量位置误差≤0.2 mm,法向误差≤0.3°,能够满足飞机钻铆孔位测量精度要求。     

用柔性微型传感器阵列测量边界层分离点的实验研究

结合边界层分离点附近的剪应力变化规律,提出了在飞行器外表面贴附微型传感器阵列的分离点检测方法,并给出了相应微型剪应力传感器阵列的设计方案.同时提出了基于三极管恒流源电流镜驱动电源设计和滤波衰减电路设计方案,并在NAGA0012标准翼型上实现了边界层分离检测系统集成,最后,在低速风洞实验中对传感器阵列的性能和传感器阵列输出信号的处理判断方式进行验证,对实验结果的分析表明本研究制造的微型热敏传感器阵列能够实现对流体边界层分离位置的在线测量.     

MEMS热膜式壁面剪应力传感器微弱信号检测

MEMS热膜式壁面剪应力传感器的输出信号是带有基础电压的微弱电压信号，无法通过放大器直接放大的方法实现高精度测量。文章提出在输出信号放大前增加信号平衡环节，在保留有效信号的前提下减小基础电压，再通过放大的方法实现其高精度测量，有效解决了MEMS热膜式壁面剪应力传感器微弱信号检测的难题。文章介绍了MEMS热膜式壁面剪应力传感器微弱信号检测的技术方案、关键技术、测试检验及试验应用实例。     

冲击波压力传感器测试系统的动态标定

介绍压力场测试中所采用的压电压力传感器的标定方法。压力场测试中所采用的传感器是一种以压电晶体做敏感元件的压力传感器,它可以将压力讯号直接转换成电荷输出,其输出量与被测量压力成正比。该传感器具有较大的测压范围、较好的线性、快速的上升时间、高的压力-电荷灵敏度和较小的几何尺寸。给出了压电压力传感器的实验室标定方法和野外使用环境条件下的现场标定方法,并进行了对比研究。     

基于脉冲加热法的薄膜热流传感器热物性参数测量技术研究

在激波风洞测热试验中,高精度的薄膜热流传感器热物性参数对于提高热流测量精度十分重要。利用积分球能收集反射光能、其反射光具有高均匀性的特性,提出了基于脉冲加热装置测量薄膜热流传感器表面、直接标定热物性参数的方法。基于该方法,搭建了用于测量薄膜热流传感器基底材料热物性参数的脉冲加热装置,并详细介绍了测量装置的系统组成和工作原理。该脉冲加热装置能够较好地模拟脉冲型风洞中薄膜热流传感器被加热的过程,可以精确标定热流值和薄膜热流传感器基底材料的热物性参数。研究结果表明:研制的脉冲加热测量装置具有操作便捷、试样制备简单和标定精度高等优点,其加热方式为瞬态加热,能较好地模拟传感器在脉冲型风洞中的使用环境,可以提高脉冲风洞中热流测量结果的精度。     

底层隔板法壁面剪应力测量技术研究与发展

介绍了机械式底层隔板测量流体壁面剪应力的基本原理。重点阐述了基于微机电系统（MEMS）的微型底层隔板的集成化结构及其工作原理,介绍了其研究发展及测试应用情况。最后,简要分析了常规剪应力微传感器在高温测试方面的弊端,并结合已有高温摩阻测试研究,提出了未来壁面剪应力测量技术的发展方向。     

用激波管作压力传感器灵敏度的校准

本文介绍了用标定激波管进行压力传感器灵敏度校准的方法和校准结果,分析了压力传感器灵敏度的静态校准值与激波管校准值之间产生误差的原因。实验结果表明,只要提高标定激波管的精度,两个校准值之间的误差小于5%,可以用激波管作压力传感器灵敏度的校准。     

热膜式剪应力传感器在破碎波作用下的应用初探

破波区床面剪应力的正确认知对于揭示海岸泥沙输运以及地貌演变的机理具有重要意义。波浪破碎以后带来的紊动和涡旋会对床面剪应力产生显著的影响。采用MEMS柔性热膜式壁面剪应力传感器在波浪水槽中开展了破碎波作用下的床面剪应力测量应用测试。实验结果表明该壁面剪应力传感器可以应用于破碎波作用下的床面剪应力测量。在破波点之前可以根据近底流速辅助该传感器判断床面剪应力的方向。床面剪应力在波浪破碎之前变化较为平缓,在波浪破碎之后床面剪应力的波动和极值都会增大。斜坡上沿程最大床面剪应力均值的极值出现于卷破水舌入射点之后。     

六维力传感器静态标定及解耦研究

设计了一种八梁结构轮辐式六维力传感器的静态标定试验台,并从传感器的静态耦合特性和解耦算法两方面进行了研究。给出了详细的标定过程,获取了试验数据样本。基于试验样本构造了标定矩阵。结果表明:该传感器在结构上具有良好的自解耦特性,通过解耦算法对传感器输出进行解耦后,传感器的耦合误差基本被消除,满程测量精度能达到2.6%,为该种六维力传感器的实用及其产业化奠定了基础。     

水卡量热计的流热耦合模拟研究及试验分析

研制了一种包含球冠测热体和热防护罩的球头水卡量热计,建立了球冠测热体与测试水的流热耦合模型,基于该模型和热流标定试验分析了水道内水温分布特点及其对热流测量的影响。结果表明:水道内测试水离受热面越近,水温越高,且沿水道径向的温度梯度越大;测试水质量流率越小,沿水道轴向和径向的温度梯度越大,热流计算结果因水温测点位置不同的差异就越大。设计水卡时应使热电偶尽可能远离受热面并靠近水道中轴线;使用前需进行热流标定,确定合适的测试水质量流率范围,获得准确的修正系数。试验结果表明,该球头水卡量热计能够应用于长时间、高精度、多状态的驻点热流测量。     

基于可压缩流体的热线探针校准风洞研制

在可压缩流体中利用热线技术进行湍流度测量时,其输出不仅与脉动速度有关,也和流体温度、密度紧密相关。因此,需要建立与高速可压缩流体特征相似的校准装置,在使用前对热线探针进行准确校准。基于亚跨声速可压缩流体,对热线探针校准风洞的气动总体方案、关键结构设计、测控处系统研制等做了介绍和说明。风洞流场校测结果表明,模型区Ma最大偏差0.002,风洞速压可以降低至常规速压的50%以下,也可增至常规速压的1.7倍以上,温度和密度调节范围宽,流场均匀性好,满足热线探针校准需求。     

基于气压传感器的海拔高度测量系统设计

介绍了一种基于气压传感器BMP085的海拔高度测量系统。该系统以Arduino mega2560嵌入式芯片为微控制,采用IIC总线与气压传感器BMP085连接并获取气压传感器BMP085所测量的气压值和温度校正参数。根据大气压测量海拔高度原理,运用线性插值优化算法计算出海拔高度值或相对海拔高度值,并将计算结果用液晶显示器输出。整个系统集传感器和微控制器于一体,具有结构精简、灵敏度高、低功耗、体积小、智能化、操作简单等优点。     

带μP的数字压力表设计

本文分析了硅压阻式压力传感器输出特性与硅电阻元件温度之间的关系。据此,提出了用μP对此类传感器进行温度及非线性等误差补偿的有效方法,以保证采用此类传感器的数字压力表在-20～50℃温度范围内误差≤±0.10％FS,在15～25℃范围内误差≤±0.05％FS。 本文还介绍了带μP数字压力表的硬件和软件,从而较好地解决了在较大温度范围内高精度压力测量的课题。