摘要:針對渦街(jiē)式流速傳感器(qi)中電信号微弱(ruo)并且提取特征(zhēng)💰渦街信号困難(nan)，基于壓電方程(cheng)和湍流N-S方程，建(jiàn)立了流-固-電耦(ou)合仿真計算模(mó)型,構建了流速(sù)🙇‍♀️測量的新方法(fa)。通過理論分析(xi)和風洞☔實驗，獲(huò)得了圓柱繞流(liú)⛷️體直徑(D)、空氣流(liu)速(v)與♍壓電傳感(gǎn)🏃距離()以及功率(lǜ)(P)之間的影響規(gui)律。仿🚶真計算和(he)實🐪驗結果表明(ming)👉:通過提取頻域(yù)⁉️曲線中渦激頻(pin)率下的功率作(zuo)爲渦街的傳感(gan)強度,有助于感(gan)知微弱的空氣(qi)流速信号,同💛時(shí)解決噪聲等電(diàn)💛路上的幹擾影(ying)響。其次,D增加，最(zui)優傳感距離(Losr)增(zeng)加;D不變時，功率(lü)(Posr)随流速增大而(ér)提高,且Losr不變;通(tong)過分析得出了(le)🌈采集信号在Losr下(xia)👣最優的本🐅質原(yuan)因一在該處，渦(wo)街成熟且脫落(luò)穩定、升力系數(shu)(CL)穩定。最後,該壓(yā)電裝置測量的(de)最低流速爲0.3m/s.
　　渦(wo)激振動(VIV)是一種(zhong)典型的流緻振(zhèn)動(FIV)。結構的非流(liú)線型會導💋緻其(qí)在流體的作用(yong)力下産生周期(qi)性旋渦✂️脫落,使(shǐ)結構受🤟到與👉流(liú)向垂直的周期(qī)性氣動力,進而(er)激發結構的橫(heng)向振🐆動川由于(yú)流體流速與旋(xuán)渦⛱️脫落頻率有(yǒu)對應關系，因此(ci)常✏️制作成多種(zhǒng)空氣流🤞速傳感(gǎn)器,例如,基于上(shang)述渦街振動原(yuán)理研制的渦街(jiē)流量計 ，工業級(ji)的渦街流量計(jì)主要易受環境(jìng)噪聲的幹擾,導(dǎo)緻🔴其對🔱低♈速不(bú)敏感。同時,空氣(qi)流速傳感器廣(guang)泛應用于畜禽(qin)舍環境控制,風(fēng)能采集,流量檢(jian)測,氣象🐕監控,等(děng)領域[2-4]。例如,在畜(chù)禽環境💛監測領(lǐng)域,通風時流速(sù)太快引起畜禽(qín)強烈的應激反(fan)應或因📱局部溫(wen)度驟降導緻畜(chù)禽強感冒，或造(zao)成畜禽的生産(chan)性能、免🐉疫能力(li)、生長速度等下(xia)降'因此,對畜禽(qin)舍通風✌️裝置的(de)流速檢👄測尤其(qi)重要。傳.統FIV傳感(gǎn)器多采用機械(xiè)轉動結構,其結(jie)構複雜,對加工(gōng)精度和機🌂械穩(wen)定性都有較高(gao)的💘要求7。而近.年(nián)來利用壓電材(cai)料作傳感元件(jian)研制的FIV傳感器(qi)，其不需🌈要轉動(dong)部件,且叮與微(wēi)機電系統(MEMS)集成(chéng),因此易于微☂️型(xing)化。
　　目前,VIV傳感器(qì)主要采用兩種(zhǒng)壓電材料作爲(wèi)傳感元件:锆钛(tài)酸鉛壓電陶瓷(ci)(PZT)和聚偏二氟乙(yǐ)烯(PVDF)。PVDF薄膜由于其(qi)高柔性的特點(dian),适用于交變載(zǎi)荷的感知121。然而(ér),壓電式流✂️渦激(jī)振動(PVIV)流速傳感(gǎn)器💚還有許⚽多不(bu)完善的❗地方。特(te)别是檢測低流(liú)場流速時(流速(sù)低于2m/s),渦街壓電(dian)信号微弱,同時(shí)測量現場的噪(zao)聲十擾相對較(jiao)強,造成渦街特(tè)征⛱️信号提取的(de)困難。比如測量(liàng)過程中，壓電元(yuán)件自身受流場(chang)擾動産生的信(xìn)号、風洞系統産(chǎn)生的噪聲信号(hao)等,會把渦街特(te)征信号淹沒。針(zhen)對這一問題,許(xu)多學者對PVIV流速(su)傳感器展開了(le)全面的🈚研究,如(ru)繞流體的形狀(zhuàng)和排布、電路檢(jiǎn)測方式以及信(xìn)号提取方法17-19,提(tí)高了空氣📐流速(su)測量精度和範(fàn)圍。
　　PVIV流速傳感器(qì)的結構采用圓(yuan)形或梯形旋渦(wo)繞流體和PZT或PVDF薄(bao)膜爲傳感元件(jian)組成。研究發現(xiàn),改變繞流體👉直(zhi)徑會導緻繞流(liú)與傳感器元件(jian)之間的距離不(bu)同🥰。這表明,漩渦(wo)測量位置和繞(rao)流💚體直徑🏃‍♀️将影(yǐng)響PVIV檢測精度。針(zhēn)對上述問題,提(ti)出了一種基于(yu)PVIV流🔞速傳感裝置(zhì)。該裝置由圓柱(zhu)繞流體和PVDF壓電(diàn)懸臂❌梁組成。利(lì)用🥵數值模拟方(fāng)🍓法研究渦街流(liú)場特性,分析傳(chuan)感器結構參數(shu)對渦街響應信(xin)号檢測的影💞響(xiang)規律。采用通過(guò)提取頻域曲線(xian)中渦激頻率下(xia)的功⭕率作爲渦(wo)街💋的傳感強度(du),增強了感知微(wēi)弱的流速響應(ying)信号,月🐅能夠解(jiě)決噪聲等✉️電路(lu)上的幹擾影響(xiǎng),擴大了對低✔️流(liu)速的檢測能力(li)。爲高靈敏.快響(xiǎng)應的空氣流速(sù)傳感器件的設(shè)計及測量提供(gong)新的探測方法(fa)。
1壓電渦激振動(dong)流速傳感裝置(zhì)
1.1傳感結構
　　本文(wén)PVIV流速傳感裝置(zhi)的結構如圖1所(suǒ)示。該結構由圓(yuan)柱繞🤟流體和PVDF壓(yā)電懸臂梁構成(cheng),其.中懸臂梁由(yóu)表面塗有銀電(diàn)極層的PVDF薄📞膜組(zǔ)🔴成;同時,靠近圓(yuán)柱繞流體一側(ce)的PVDF壓電懸臂梁(liang)端部固支。圓柱(zhu)繞流體直徑D=7mm,圓(yuan)柱體中心🌏距PVDF壓(yā)電懸臂梁固支(zhī)👌端距離爲L,人射(she)流速爲v,其方向(xiàng)垂直于圓柱體(tǐ)表面。仿真計算(suàn)時,D值的範🚶圍爲(wei)30mm~70mm,u值範圍🧑🏽‍🤝‍🧑🏻爲0.3m/s~2.5m/s,L值的(de)範圍爲50mm~170mm。爲🆚了簡(jiǎn)化計算和控制(zhì)多餘變量,PVDF壓電(diàn)懸臂梁高度h設(shè)定爲30mm。當外界來(lái)流作用時,PVDF壓電(dian)懸臂梁結構産(chan)生振蕩,根據壓(ya)電效應,壓電層(céng)的變形使其衣(yī)面👉聚集電荷,形(xing)成響應電壓。
 
1.2流(liu)-固-電耦合模型(xing)
　　由于氣流經圓(yuan)柱體産生渦旋(xuán)後,後方的氣流(liú)流動基本💘處于(yu)🛀🏻湍❗流狀态,流場(chang)的分布複雜,因(yīn)此,結合計算流(liú)體力學(CFD)以及壓(yā)電效應進行數(shù)值模拟,分析繞(rào)流體直🔞徑、與壓(yā)電傳感距離對(duì)低空氣流速檢(jiǎn)測的影響規律(lü)。
1.2.1理論模型
　　壓電(dian)傳感結構感知(zhi)流體流動是--個(ge)多物理場耦合(hé)的複雜過程,主(zhǔ)要包括流場、力(lì)場.和電場的綜(zōng)合作用。流💋場産(chǎn)生的壓強轉化(huà)爲壓力作用在(zai)懸臂梁表面産(chǎn)生結構變形并(bing)引起其壓電層(ceng)變形,根據壓電(dian)效應産生電荷(he),計算模型中通(tōng)過機電耦合方(fāng)式将㊙️産生的電(diàn)荷全部聚集在(zài)懸臂梁表面,最(zuì)終轉化爲瞬态(tai)電壓。變形💯體形(xíng)狀的改變将改(gǎi)變流場,其💘中的(de)流固耦合面可(kě)由振動和流場(chǎng)控制方程水描(miao)述,當流場流速(sù)小于0.3馬赫，流場(chang)被認爲是不可(kě)壓縮，這種不可(kě)壓縮的牛頓流(liú)體介質可由連(lian)續性方程(1)和N-S(Navier-Stokes)方(fāng)程(2)描述，方程如(rú)下所示:
 
 
1.2.2仿真計(ji)算
　　将上述PVIV流速(sù)傳感器簡化爲(wei)一個二維物理(lǐ)模型,如圖2所☂️示(shi),其中.D爲圓柱型(xing)渦流發生休直(zhi)徑,計算域爲25Dx5D的(de)矩形,壓電懸臂(bi)梁位于圓柱的(de)中軸線上.左端(duan)固支。模型中,範(fàn)圍在0.3m/s~2.5m/s,D範圍在30mm~70mm,即(jí)雷諾數在500~9800之間(jiān)。選取空🏃‍♂️氣域材(cái)料參數,采用SIMPLE求(qiú)解器,進行瞬态(tai)分析,計算材料(liao)參數如表1所示(shì)。采用二角形非(fei)結構化的網格(ge)劃分,在圓柱和(hé)PVDF壓電梁的核心(xīn)區域網格分布(bù)較密集。
 
2風洞試(shi)驗
　　試驗在低速(su)風洞進行,測試(shi)平台如圖3所示(shi)。采集的壓電信(xìn)号通過電荷放(fàng)大器與NI數據采(cǎi)集卡相連,運用(yòng)LabVIEW對信号進行ADC數(shù)模轉換💃、濾波,頻(pín)譜分析(FFT變換);通(tōng)過✌️激光位移傳(chuán)感器采集渦激(jī)振動時壓電梁(liang)末端的y向位移(yi)。最🧡終在計算機(jī)中顯示PVDF壓電梁(liáng)振動的時域曲(qu)線和頻譜曲線(xiàn)。重點探尋壓電(dian)傳感🚩距離在不(bú)同圓柱繞流體(tǐ)直徑尺寸和流(liu)速變化的條件(jiàn)下對流場感知(zhi)特性的影✍️響規(gui)律。試驗條件如(ru)表2所示。實驗中(zhōng)👅,由50nmmn到170mm,間隔10mm依次(ci)測🤩量不同距離(li)下的渦街響應(yīng)信号。
 
 
3計算與測(cè)試結果分析
　　通(tōng)過卡門渦街理(li)論,獲得了渦街(jiē)産生的流速條(tiao)件和圓柱繞🐪流(liú)🐕體直徑範圍
 
　　式(shi)中:μ爲空氣動力(li)學粘度,St爲斯特(tè)勞哈爾數,ƒ爲渦(wō)街脫落🏃🏻‍♂️頻率。當(dāng)雷諾數在的範(fàn)圍内，渦流會以(yi)一個相對穩定(ding)的頻率周期性(xing)脫落,根據流速(sù)條件和圓柱百(bǎi)徑範圍,可得🐕出(chu)在該條件下的(de)雷諾數範圍爲(wei)500~9800,滿足産生渦街(jiē)脫落的🔱條件。
　　圖(tu)4爲流速爲2m/s,圓柱(zhu)直徑爲30mm下,産生(shēng)渦街脫落的特(te)性。由圖叮知,渦(wō)街的交替脫落(luò)需要經曆一個(ge)生長、成熟.衰退(tui)的過程✏️。PVDF壓電懸(xuán)臂梁因此生信(xin)号的傳感強度(dù)與傳感距離有(yǒu)關,由此驗證了(le)木文利用渦街(jiē)傳👅感的合理性(xing)。
 
　　圖5展示了升/阻(zu)力系數與傳感(gǎn)距離和雷諾數(shù)的關系，文中PVDF壓(ya)電懸臂梁左端(duān)固支,自由端在(zài)渦流中受到旋(xuan)渦激❓振力的作(zuo)用而産生y方向(xiàng)的周期性振蕩(dàng)。圖5(a)爲Re=838,L=50mm時的流場(chang)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻升/阻力曲線,由(you)圖可知🏃🏻‍♂️，在計算(suàn)時間🤟約3s~5s流場基(jī)本穩定。圖5(b)升力(li)系數與雷諾數(shù)Re,1.之間的仿真關(guan)系。可知随Re增大(dà),流場湍流強度(dù)增強,此時壓電(diàn)懸臂梁表面所(suǒ)🧡受的壓力增加(jiā)，升力增大,在L=50mm時(shí),幅值達1.1。值得關(guan)注的是，在相同(tong)雷諾數下,随傳(chuán)感距離的增大(da),升力系數随之(zhi)下降,升力場呈(chéng)現衰㊙️減的現象(xiang)。其中,在L=50mm,即🏃‍♀️樂電(dian)懸臂梁與圓柱(zhù)🈲繞流體之間距(jù)離最近時,其升(sheng)力系數最高,反(fan)映流場波動最(zui)劇烈,其原因是(shì)懸臂梁的位置(zhi)在渦街生長區(qū)，因此壓電懸臂(bi)梁靠近圓柱體(tǐ)區城出現💔渦旋(xuán)💜回流,造成的壓(yā)力對壓電懸臂(bì)梁的受力和振(zhen)動産生增強的(de)作用。此外,1.=50mm~70mm範圍(wei)内,升力系🆚數曲(qǔ)線整體下降不(bú)明顯;L=70mm-110mm範圍内,升(sheng)力系數曲線出(chū)現交叉的現象(xiang),說明該區域流(liu)場波動變化相(xiang)似㊙️,此時PVDF壓電懸(xuán)臂梁的位置往(wang)⁉️往是滿街成熟(shú)區,适于形成穩(wěn)定的滿街;L=110mm~130mm範圍(wéi)内,共升力系數(shu)曲線整體下降(jiang)明顯,場流動性(xing)大幅下降,此時(shi)雷諾數爲600,其升(shēng)刀系數下降至(zhì)0.3,此時懸臂梁的(de)位置往往是渦(wō)街衰退區。
 
　　圖6展(zhǎn)示了在流速爲(wei)2m/s,圓柱直徑爲30mm條(tiao)件下,傳感器件(jiàn)位移響應㊙️特👅性(xing)。由圖可知,流場(chang)作用3s後,懸臂梁(liang)産生🌈的y方📞向振(zhen)蕩逐🌂漸穩定,該(gāi)結果驗證了圖(tu)5(a)中流場升/阻力(li)與時間的關系(xì)。受渦街作♌用,懸(xuan)臂🙇‍♀️梁自由端部(bu)産生的y向位移(yi)最大;對比圖5中(zhōng)計算位移曲線(xian)和通過激光位(wei)移傳感器測得(dé)的實驗位移曲(qǔ)線發現,實際測(cè)量的振♊蕩曲線(xian)的幅值略小于(yú)計算幅值❗,同時(shi)前者的震蕩頻(pín)率(13.8Hz)略小于後者(zhe)産生的震蕩頻(pín)率(14.0Hz),原☁️因在于計(ji)算設置的阻尼(ní)比與實際值有(you)誤差，然而由于(yu)誤差較小，實際(jì)測量的震蕩曲(qǔ)線與計算👅的到(dào)💃🏻的大緻--緻,因此(ci)證實本文中流(liú)固耦合計✌️算的(de)正确率。
 
　　圖7給出(chu)了圓柱繞流體(tǐ)直徑爲30mm時,人射(she)流速與PVDF懸臂梁(liang)感知渦街頻率(lü)之間的關系。主(zhu)要對比卡門渦(wō)街理論值,仿真(zhēn)計算值與實驗(yàn)值。如圖可知,計(ji)算值相🔴比理論(lùn)值,其與實驗值(zhí)更爲接近,其更(geng)加正确的反映(ying)實際情況下的(de)渦激振動時産(chǎn)生的渦街現象(xiang),進--步說明本文(wen)✊仿真計算的合(hé)理。其中,流速爲(wèi)1m/s時的實驗與計(jì)算時域曲線(圖(tú)7(b)和7(c))可知,仿真計(jì)算下的㊙️PVDF壓電懸(xuán)臂梁産生的電(dian)壓響應信号穩(wen)定,在渦街穩定(ding)後其💁電壓幅值(zhí)随時間幾乎恒(heng)定.這說明此時(shí)懸臂梁在y方向(xiang)的振蕩幅值穩(wen)定;而對比圖7(b)可(kě)知,實際👌條件下(xia)采集的電壓時(shí)域曲線在幅值(zhi)大小上随時間(jiān)波動較爲明顯(xian),即周期内的🈲Ux-Ug值(zhí)往往不穩定,在(zai)該曲線⭐上會疊(dié)加包括電路幹(gàn)擾,工頻🤞十🈲擾,以(yǐ)及流場對壓電(dian)梁産生的x方向(xiàng)的振動影響。在(zài)此情㊙️況下,若根(gēn)據前人叫采用(yòng)提取電🙇🏻壓的Ux-Ug值(zhí),0-Ug值或U....的方法來(lai)表征♊壓電梁感(gan)知渦街的特性(xìng)往往并不正确(què),而通過提取功(gong)率🛀的方法更爲(wèi)正确,因此本文(wén)采用通過提取(qǔ)頻域曲線中渦(wo)激頻率下的功(gong)率表征渦街的(de)傳感強度。此外(wài),由圖7可知,仿真(zhen)中，PVDF壓電懸臂梁(liang)可檢測的流速(sù)爲0.3m/s,此時該懸臂(bi)梁産生的振動(dòng)約爲2.0Hz,該值與理(li)論✌️值及實驗值(zhí)接近，進一步說(shuo)明了本文仿真(zhen)計算的合理。

 
　　圖(tú)8爲傳感強度(功(gōng)率P)在不同傳感(gǎn)距離下的分布(bu)曲線♻️。給出了D=30mm,人(ren)射流速依次爲(wei)0.5m/s,1.0m/s,2.0m/s時的實驗及計(jì)算結果。同時根(gēn)據式(8),P值👈由對應(yīng)時城曲線通過(guo)傅裏葉變換(FFT)轉(zhuǎn)換而來。
 
　　圖8(a)可知(zhī),同一繞流體直(zhí)徑下,流速越大(da),其P随傳感位♍置(zhì)的變化規律基(jī)本一緻,即均在(zai)L爲90mm附近最大.反(fǎn)映出在相同區(qu)域PVDF壓電梁測❤️量(liàng)的信号強度達(dá)到最大🔞:同時反(fǎn)映,傳感距離(L.)與(yu)人射流速大小(xiǎo)無關,分析原因(yīn).根據卡門渦街(jie)理論.認爲這是(shì)由于渦街交替(ti)脫落時旋渦方(fang)向對壓電梁産(chan)生的影響，即旋(xuán)渦y方向的速度(dù)引起振蕩作用(yong)(參考圖9周期内(nèi)的y方向流場速(sù)度可知),與x方向(xiàng),即人射流速方(fang)向無關。值得注(zhu)意🏃‍♀️的是,由圖8(b)~圖(tu)8(d)發現,在相同直(zhi)徑下,随流速增(zēng)大,流場對壓電(diàn)梁産生的激頻(pin)成分更爲複雜(zá),這與圖5(b)相符🙇‍♀️,即(ji)随Re增大,流場湍(tuan)流強度📧增強,反(fǎn)映流場波動更(geng)加劇烈。但是對(dui)于産生渦街的(de)⛷️頻率穩定且與(yu)理論(式(10))一緻,進(jin)一步說明了本(běn)文采用功率來(lai)表征傳感強度(dù)的合理性。此外(wai),觀測圖8(a)可知,L超(chao)過110mm時,P值均下降(jiang),分析原因,根據(jù)渦⭕街理⛱️論,由于(yu)黏性的耗散.此(ci)時旋渦🌈逐漸衰(shuai)退,所以的傳感(gǎn)位置應在渦街(jie)的成熟區附近(jìn)。
 
　　圖10爲傳感強度(du)(P)在不同傳感距(jù)離下的分布曲(qǔ)線,展示了低流(liú)速情況下，即ʋ=1m/s,繞(rào)流體直徑依次(ci)爲30mm,40mm,50mm時的實驗及(jí)🔞計算結果。由圖(tu)💃🏻10(a)可知,P随傳感距(jù)離L的分布規律(lü)有所不同。當D越(yuè)大..，越大,即旋渦(wo)越遠離繞流體(tǐ)。例如當D=30mm時(.=90mm;當D=40mm時(shí),L=110mm;當D=50mm時,Lm=130mm。值得注意(yi)的是,由圖10(b)~圖10(d)發(fā)🔞現,在相同ʋ下,随(sui)D值增大.流場對(duì)壓電梁産生的(de)激頻成分更少(shao),分析原因,可🍓能(neng)是由于随着D值(zhi)增.大,在CCT兩側産(chan)生的交替旋渦(wō)相互之🌈間的作(zuo)用減小，使得流(liú)場的波動減小(xiao)所導緻的。
 
　　圖11展(zhan)示了當r=0.5m/s,D=30mm時,--個振(zhèn)動周期下渦街(jiē)壓強雲紋圖以(yi)及懸臂梁的變(bian)形情況。可以直(zhi)接看出,懸臂梁(liáng)在渦街中受到(dào)周期下的漩渦(wo)激振力而産生(shēng)振蕩現象。其中(zhong)懸🙇‍♀️臂梁兩側的(de)壓強差是導緻(zhi)懸臂梁的偏轉(zhuan)的直接原因,而(ér)壓強差是由于(yu)渦街通過懸臂(bi)梁産生的。與此(cǐ)同時,壓強差産(chan)生了流場的升(shēng)力.使得懸☀️臂梁(liáng)得到了向上及(ji)向下運動的加(jiā)速度。不僅如此(cǐ),懸臂梁自由端(duān)振幅随時間的(de)增長最快,達到(dào)最大振幅時,振(zhèn)動速度最小。此(cǐ)外,一個振動周(zhou)期内,懸臂梁産(chǎn)生了兩次振動(dòng)方❤️向的改變,使(shǐ)得懸臂梁周圍(wei)流場也發生了(le)周👉期性的改變(bian)，PVDF樂電懸臂梁與(yǔ)流場的相互作(zuò)用形成了較爲(wei)穩定的振動規(guī)律,振動周期保(bao)持不變。
　　圖12爲傳(chuán)感距離與流速(sù)及繞流體直徑(jìng)之間的計算及(ji)實驗關系。由圖(tú)12(a)可知随D值增大(da)逐漸增加，且近(jìn)似線性關系。同(tong)時⚽,測量曲線與(yǔ)計算曲線--緻。分(fen)析原因，根據圖(tú)4及式(10),最住傳感(gǎn)距離應💚該在旋(xuán)渦的成熟區,D增(zēng)大時,其兩側剪(jian)切層之間距離(lí)變大,其相互作(zuo)用變慢,使漩渦(wō)的脫落頻率減(jiǎn)小，使得旋渦産(chan)生位置距繞流(liú)體越😍遠,即最住(zhù)檢測位置越遠(yuan)離圓柱☎️繞流體(tǐ)。由圖12(a)進一-步可(ke)知,與ʋ無關,這與(yǔ)圖☎️8(a)的分布曲線(xiàn)一緻。
 
　　圖13爲傳感(gan)距離下的P值(P..)與(yu)o,D之間的計算及(jí)實驗關系。由圖(tu)13(a)可知,P.随。增大而(er)遞增,同時随D增(zēng)大而遞增;同時(shí)，測量曲線與計(jì)算曲線保💯持-緻(zhi)。分析原内.根據(jù)式(9),由Re與txD成正比(bi)關系,Re增加，導緻(zhi)其升力系數增(zeng)大,即反映流場(chǎng)波動越劇烈,此(ci)時結構表面所(suo)受壓力增加,導(dǎo)緻PVDF壓電梁的振(zhèn)蕩幅值變大,産(chǎn)生的壓🈚電功率(lǜ)越高🌏。其中圖13(b)顯(xian)示,當v=2.5m/s,D=70mm.,P..約爲10x10*mW;當0=0.5m/s,D=30mm,P.約(yuē)爲8x102mW。可推測,若流(liu)速和直徑同時(shi)分别🐆小于0.5m/s和30mm,産(chǎn)生的P..，将小于8x10*mW。然(ran)而如果用時域(yu)電壓的Ua-U。值、0-U2值或(huo)U的方法來表征(zheng)壓電梁感知渦(wo)街的特性往往(wang)會被噪聲幹⛷️擾(rǎo),難以提取特征(zhēng)量。這也進🏃🏻一步(bù)證明了木文采(cǎi)用提取功率來(lái)表征🌈渦街在傳(chuán)感距離上傳感(gǎn)強度的合理性(xing)。
 
4結論
　　設計和研(yán)究了一種基于(yu)渦激振動的壓(ya)電傳感裝置。通(tong)過響🔞應信号分(fèn)析了傳感距離(lí)和功率與繞流(liú)體直💘徑和🔅流速(sù)的變化規律。建(jiàn)立了流-固-電耦(ǒu)合數🈲值模型,構(gòu)建了🏃流速測量(liàng)的新方法。采用(yòng)通過提取頻域(yu)曲線中渦激頻(pin)率下的功率作(zuò)爲渦街的傳感(gǎn)⭕強度。實驗和仿(páng)真結果表明:增(zēng)大繞流體直徑(jìng)可以☀️使傳感距(jù)離和功率線性(xìng)增加;然而,在傳(chuán)感距離不變的(de)情況下,增大流(liu)速可以提高功(gong)率。通過流場分(fen)析得出了采集(ji)信号㊙️在Lm下最優(you)的木質原内爲(wei):在該處,渦街成(chéng)熟且脫落穩定(dìng),升力系數穩定(ding)。此外,風洞實驗(yàn)驗證該基于渦(wō)激振😍動的柔性(xìng)壓電懸臂梁流(liú)速感知特性。結(jié)果表明:該傳感(gǎn)器件能有效地(di)測量低至🤩0.3m/s流速(sù);當ʋ=2.5m/s,D=70mm,P...約爲10x10*mW;當ʋ=0.5m/s,D=30mm,P.約爲(wei)8x102mW。該提取渦街信(xìn)号的方法和規(gui)律可以解決傳(chuan)統的渦街信号(hào)微弱以及低流(liu)速難測:量的問(wèn)🈲題,擴大了該類(lei)流速傳感器的(de)應用🏃🏻範圍,快響(xiǎng)應的流速🐅傳感(gǎn)器件的設計及(ji)測量提供了新(xīn)⭕的探測方法。

本(běn)文來源于網絡(luo),如有侵權聯系(xi)即删除！