本實用新型專利技術公開了一種壓電與光電復合的液體流速流向測量裝置，裝置包括圓柱體，壓電纖維束，激光發射準直模塊，彈性阻尼體，底座，二維PSD位移傳感器，PSD承載及信號放大電路板，以及測量數據處理模塊；本實用新型專利技術利用彈性圓柱體以及安裝在圓柱體內部中心軸線區域的壓電纖維束，將流體的流動轉換為浸入流體中的圓柱體的偏轉運動，以及壓電纖維束隨圓柱體偏轉產生壓差，利用圓柱體的偏轉與流體流向的關系，以及壓電纖維束壓差與流體流速的關系，實現流體的流速和流向的測量。本實用新型專利技術結構簡單，體型小巧，可以減少對流體的擾動，特別適合低速流場信息的精確測量。該裝置可以安裝在大型水下運載設備或平臺的外圍，提供其外圍流場信息的監測。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）
【技術實現步驟摘要】
-種壓電與光電復合的流體流速流向測量裝置
本技術屬于流體測量技術，涉及了一種測量流體流速流向的裝置，具體地說， 提出了一種采用壓電技術和光電技術相結合的流速流向測量裝置。
技術介紹
目前的流速測量領域，一般采用螺旋獎等旋轉機構，流體流過時，推動螺旋獎等旋 轉機構轉動，把旋轉機構轉動的速度換算后得到流體流速。該種測量方式，對于流體速度 較高、不需要實時精確測量的環境是可行的，但對于需要精確實時測量的環境W及流速微 小流體的測量，因其旋轉機構機械傳動的滯后原因造成的誤差較大，往往測量效果不佳，同 時，旋轉機械結構導致了該種設備的可靠性及壽命受到影響，長期使用會造成累積誤差，另 夕F，目前的流速儀往往構型較大，造成對流體流動過程的擾動，不利于需要精確保持流體性 狀的測量。對于可同時測得流速和流向的設備，目前主要采用超聲波多普勒技術、激光技術 等，雖然可W精確測量流體環境數據，但成本較高、造價昂貴，且結構復雜、本體及附屬設備 體型較大、不易操作，作為測量平臺在水下運載設備上不易安裝使用，且激光測量技術在渾 濁水體不宜使用。
技術實現思路
本技術提供一種壓電與光電復合的流體流速流向測量裝置，目的在于為流體 監測提供一種方便、有效、簡單和快捷的測量方式。 本技術提供的一種流體流速流向測量裝置，其特征在于，該裝置包括利用彈 性圓柱體W及安裝在圓柱體內部中也軸線區域的壓電纖維束，將流體的流動轉換為浸入流 體中的圓柱體的偏轉運動，W及壓電纖維束隨圓柱體偏轉產生壓電電荷，其兩端產生電壓 差，利用圓柱體的偏轉與流體流向的關系，W及壓電纖維束電壓差與流體流速的關系，實現 流體的流速和流向的測量。 作為上述技術方案的優選，本技術裝置的具體實現結構為：該裝置還包括激 光發射準直模塊，彈性阻尼體，底座，二維PSD位移傳感器，PSD承載及信號放大電路板，測 量數據處理模塊； 彈性阻尼體安裝在底座上，圓柱體安裝在彈性阻尼體上，圓柱體與彈性阻尼體采 用同一種彈性材料一體成型，壓電纖維束位于圓柱體的上部，壓電纖維束兩端分別安裝有 壓電集電極，負責收集壓電纖維兩端產生的電荷，兩個壓電集電極極性相反W形成電壓 差； 激光發射準直模塊安裝在圓柱體的下部，激光發射準直模塊下端穿過彈性阻尼體 進入到底座內部，激光發射準直模塊用于發射準直的激光光線； 底座空腔內固定安裝有依次電信號連接的二維PSD位移傳感器、PSD承載及信號 放大電路板和測量數據處理模塊； 底座的底面中也安裝有防水信號線轉接口；防水信號線轉接口用于傳輸數據，還 用于為測量數據處理模塊、激光發射準直模塊、PSD承載及信號放大電路板提供電源； 測量數據處理模塊與壓電纖維束兩端的壓電集電極電連接，得到壓電纖維束的壓 電電壓信號，W獲得流體的流速； 二維PSD位移傳感器用于接收激光發射準直模塊出射的激光束，二維PSD位移傳 感器將發生光電反應產生的電信號輸入到PSD承載及信號放大電路板，PSD承載及信號放 大電路板將放大后的電信號提供給測量數據處理模塊；測量數據處理模塊獲得PSD承載及 信號放大電路板放大后的測量信號，計算得到激光束光斑中也的坐標值，W得到流體的流 向。 本技術為流體定點監測提供了一種解決方案。本技術裝置結構簡單，體 型小巧，可W減少對流體的擾動，采用壓電技術測量流體的流速，采用光電定位技術測量流 體的流向，可W得到與測量裝置底座平面平行的二維流體信息，實施例中的裝置可W測量 從0到lOm/s的流速，精度可達0. OOlm/s，并實現0-360度的流向數據測量，特別適合低速 流場信息的精確測量。通過選擇相應的壓電纖維的材料及數量，可W實現更大范圍的流速 測量，理論上可W實現0-50m/s流速的測量，測向的范圍均為平面0-360度。該裝置還可W 安裝在大型水下運載設備或平臺的外圍，提供其外圍流場信息的監測。 【附圖說明】 圖1為本技術提供的測量裝置實例結構示意圖； 圖2a為圓柱體的截面圖，圖化為壓電纖維束的截面圖； 圖3為激光發射準直模塊結構圖； 圖4為裝置在流體沖擊下的形變原理圖； 圖5為測速標定示意圖； 圖6為測向平面光斑運動示意圖； 圖中，1為圓柱體，2為壓電纖維束，3為激光發射準直模塊，4為彈性阻尼體，5為底 座，6為二維PSD位移傳感器，7為PSD承載及信號放大電路板，8為測量數據處理模塊，9為 防水信號線轉接口，10為電路板支撐柱，12為上壓電集電極，13為上壓電集電極輸出導線， 14為下壓電集電極，15為下壓電集電極輸出導線，16為激光驅動模塊，17為激光二極管，18 為準直透鏡，19為微小透光孔，20銅質散熱管，21為導熱塑料管，22為調速電機，23為直線 導軌，24為拉繩，25為載物臺，26為水槽，27為水，11為殼體。 【具體實施方式】 下面結合附圖對本技術的【具體實施方式】作進一步說明。在此需要說明的是， 對于該些實施方式的說明用于幫助理解本技術，但并不構成對本技術的限定。此 夕F，下面所描述的本技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖 突就可W相互組合。 為了克服現有的流速、流向測量方法的缺陷，并完成流速流向測量的同步，本實用 新型采用間接測量法，將流體的流動轉換為浸入流體中固定在彈性底座上的圓柱體的偏轉 運動，該圓柱體內部中也軸線區域安裝有壓電纖維束，通過建立圓柱體的偏轉角度、偏轉方 向與流體流速、流向的關系實現測量。 如圖I所示，本技術提供的測量裝置包括圓柱體1、壓電纖維束2,激光發射準 直模塊3,彈性阻尼體4,底座5,二維PSD任OSition Sensitive Detector)位移傳感器6， PSD承載及信號放大電路板7,測量數據處理模塊8,上壓電集電極12, W及下壓電集電極 14。 彈性阻尼體4安裝在底座5上，圓柱體1安裝在彈性阻尼體4上，圓柱體1與彈性 阻尼體4采用同一種彈性材料，一體成型，彈性模量在2. 5MPa W上，硬度在邵氏A40-60之 間。圓柱體1內安裝有壓電纖維束2和激光發射準直模塊3,壓電纖維束2位于圓柱體1內 部中也軸線區域，壓電纖維束2的長度優選為圓柱體1總長的3/4左右，壓電纖維束2上端 安裝有上壓電集電極12。壓電纖維束2下端安裝有下壓電集電極極14,并固定在激光發射 準直模塊3的外殼上。上壓電集電極12和下壓電集電極14,負責收集壓電纖維兩端產生的 電荷兩個電極極性相反，從而形成電壓差。 激光發射準直模塊3下端穿過彈性阻尼體4進入到底座5內部，激光發射準直模 塊3負責發射準直的激光光線。實施例中，底座5內空腔是一個整體呈放射狀的密閉空間， 呈放射狀的目的是為了配合激光的運動。 [00巧]底座5空腔內固定安裝有二維PSD位移傳感器6、PSD承載及信號放大電路板7和 測量數據處理模塊8。 PSD承載及信號放大電路板7與測量數據處理模塊8采用層疊安裝，中間用電路板 支撐柱10連接并固定在底座5的底面，底座5的底面中也安裝有防水信號線轉接口 9。防 水信號線轉接口 9用于傳輸數據，還用于為測量數據處理模塊8、激光發本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種流體流速流向測量裝置，其特征在于，該裝置包括利用彈性圓柱體以及安裝在圓柱體內部中心軸線區域的壓電纖維束，將流體的流動轉換為浸入流體中的圓柱體的偏轉運動，以及壓電纖維束隨圓柱體偏轉產生壓電電荷，其兩端產生電壓差，利用圓柱體的偏轉與流體流向的關系，以及壓電纖維束電壓差與流體流速的關系，實現流體的流速和流向的測量。
【技術特征摘要】
1. 一種流體流速流向測量裝置，其特征在于，該裝置包括利用彈性圓柱體以及安裝在 圓柱體內部中心軸線區域的壓電纖維束，將流體的流動轉換為浸入流體中的圓柱體的偏轉 運動，以及壓電纖維束隨圓柱體偏轉產生壓電電荷，其兩端產生電壓差，利用圓柱體的偏轉 與流體流向的關系，以及壓電纖維束電壓差與流體流速的關系，實現流體的流速和流向的 測量。2. 根據權利要求1所述的一種流體流速流向測量裝置，其特征在于，該裝置還包括激 光發射準直模塊，彈性阻尼體，底座，二維PSD位移傳感器，PSD承載及信號放大電路板，以 及測量數據處理模塊； 所述彈性阻尼體安裝在底座上，圓柱體安裝在彈性阻尼體上，圓柱體與彈性阻尼體 采用同一種彈性材料一體成型，壓電纖維束位于圓柱體的上部，壓電纖維束兩端分別安裝 有壓電集電極，負責收集壓電纖維兩端產生的電荷，兩個壓電集電極極性相反以形成電壓 差； 所述激光發射準直模塊安裝在圓柱體的下部，激光發射準直模塊下端穿過彈性阻尼體 進入到底座內部，激光發射準直模塊用于發射準直的激光光線； 所述底座空腔內固定安裝有依次電信號連接的二維PSD位移傳感器、PSD承載及信號 放大電路板和測量數據處理模塊； 所述底座的底面中心安裝有防水信號線轉接口；防水信號線轉接口用于傳輸數據，還 用于...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳學東，朱連利，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：新型
國別省市：湖北;42
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