[发明专利]一种感知流速变化的压电纤维阵列传感器及其测量方法

说明书

本发明涉及一种感知流速变化的压电纤维阵列传感器及其测量方法，传感器包括柔性基座、微型阵列条状纤维传感单元、导电薄膜以及电极层；柔性基座为轴对称形状，其具有若干个侧面；在侧面上固定有微型阵列条状纤维传感单元，微型阵列条状纤维传感单元以悬臂梁结构一端固定于侧面上；在微型阵列条状纤维传感单元与侧面连接处设有采用导电薄膜和电极层组成的输出单元。测量方法将感知流速变化的压电纤维阵列传感器放置于风场内，将传感器的微型阵列条状纤维传感单元正对流速方向，采集传感器输出单元的输出信号；再通过线性拟合方法标定流速与感应电信号之间的数学关系。

技术领域

本发明涉及一种感知流速变化的新型微型压电纤维阵列传感器及其测量方法，属仿生材料及智能结构领域。

背景技术

空间流速检测测在机器人感知系统，气象监测、生物医药、航空制导及国防武器装备上有广泛的应用。传统测量流速变化的方式采用机械部件的热丝流速传感器，但是这种装置响应时间长、体积大、易磨损。近年来陆续出现基于超声波传播的超声风速计和基于多普勒效应的多普勒流速仪，这两种流速计都有各自的优点,但是由于使用环境条件有限、生产成本高、检测精度低、不易微型化等原因使其应用推广受到限制。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种感知流速变化的新型微型压电纤维阵列传感器及其测量方法，单个的压电纤维传感单元能够利用其压电薄膜受气流扰动产生的受迫振动，将其直接转化为电信号，由此标气流的大小。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种感知流速变化的压电纤维阵列传感器，所述传感器包括柔性基座1、微型阵列条状纤维传感单元2、导电薄膜3以及电极层4；

所述柔性基座1为轴对称形状，其具有若干个侧面；在所述侧面上固定有微型阵列条状纤维传感单元2，所述微型阵列条状纤维传感单元2以悬臂梁结构一端固定于所述侧面上；

在所述微型阵列条状纤维传感单元2与侧面连接处设有采用导电薄膜3和电极层4组成的输出单元。

进一步的，所述微型阵列条状纤维传感单元2包括条状纤维压电薄膜5和条状金属纤维6，所述条状纤维压电薄膜5和条状金属纤维6胶合在一起。

作为一种优选，所述柔性基座1采用轻质材料制成，为四边形体、六边形体或者八变形体。

一种感知流速变化的压电纤维阵列传感器测量方法，所述测量方法将感知流速变化的压电纤维阵列传感器放置于风场内，将传感器的微型阵列条状纤维传感单元2正对流速方向，采集传感器输出单元的输出信号；再通过线性拟合方法标定流速与感应电信号之间的数学关系。

进一步的，所述感知流速变化的压电纤维阵列传感器采用风洞实验过程如下：

步骤1，将所述传感器放置于风洞8中，使单片条状纤维传感单元2正对流速方向；

步骤2，在风洞8中部设有一挡板7，快速向上抽挡板7，记录此时的冲击感应电压值U₁，同时记录此时的风速大小U；同理，按此方法可获得每片条状纤维传感单元2的感应电压值U_m；

步骤3，在同一流速的条件下，在平面内旋转所述传感器，记录每片条状纤维传感单元2的感应电压值U_m，以及此时旋转的角度α；同理，改变风速大小，记录在不同风速条件下的U_m和α。

进一步的，通过线性拟合方法标定流速与感应电信号之间的数学关系包括如下步骤：

第一步：通过风洞实验，标定流速大小V和方向α，以及标定单片条状纤维传感单元受法向风速冲击的特征值，即感应电信号U_m,其中m为传感单元的个数，V为流速大小；