摘要:針對渦街(jiē)式流速傳感器(qi)中電信号微弱(ruò)并且提取特征(zhēng)渦街信号困難(nan)，基于壓電方程(chéng)和湍流N-S方程，建(jiàn)立了流-固-電耦(ǒu)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(huo)得了圓柱繞流(liú)體直徑(D)、空氣流(liú)速(v)與壓電傳感(gǎn)距離()以及功率(lü)(P)之間的🏃🏻‍♂️影響規(gui)律。仿真計算和(he)實驗結果表明(míng)🌈:通過提取頻域(yù)曲線中渦激頻(pín)⛱️率下的功率作(zuo)爲渦街的傳感(gǎn)強度,有🔱助于感(gan)知微弱的🧡空氣(qì)流速信号,同時(shí)解決噪聲等電(dian)路上的幹擾影(ying)響。其次,D增加，最(zuì)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(tōng)過分析🏃‍♀️得出了(le)采集信号在Losr下(xià)最優的本🈚質原(yuán)因一在該處，渦(wo)街成熟且脫落(luo)穩定、升力系數(shu)(CL)穩定。最後,該壓(ya)電裝置測量的(de)㊙️最低流速爲0.3m/s.
　　渦(wo)激振動(VIV)是一種(zhǒng)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(yòng)力下産生周期(qī)性旋渦脫落,使(shi)結構受到與流(liú)向垂直的周期(qi)性氣動力,進而(ér)激發結構的橫(héng)向振動川由于(yu)流體流速與旋(xuan)渦脫落頻率有(yǒu)對應關系，因此(cǐ)常⛷️制作成多種(zhong)空氣流速傳感(gan)器,例👈如,基于上(shang)述渦街振動原(yuán)理研制的渦街(jie)流量計 ，工業級(ji)的渦街流量計(ji)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(feng)能采集,流量檢(jiǎn)測,氣象♻️監控,等(děng)領域[2-4]。例如,在畜(chù)禽環境監測領(ling)域,通風時流速(sù)太快引起畜禽(qín)強烈的應激反(fǎn)應或因👣局部溫(wen)度驟降導緻畜(chu)🔞禽強感冒，或❌造(zao)成畜禽的生産(chǎn)性能、免🐇疫能力(li)、生長🏃🏻速度等下(xia)降'因此🤟,對畜禽(qín)舍通風裝置的(de)流速檢☀️測尤其(qí)重要。傳.統FIV傳感(gǎn)器多采用機械(xiè)轉動結構,其結(jié)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(jiàn)研制的FIV傳感器(qì)，其不需♍要轉動(dong)部件,且🤞叮與微(wei)機電系統(MEMS)集成(cheng),因此易于微型(xing)化。
　　目前,VIV傳感器(qi)主要采用兩種(zhǒng)壓電材料作爲(wèi)傳感元件😍:锆钛(tai)酸鉛壓電陶瓷(cí)(PZT)和聚偏二氟乙(yi)烯(PVDF)。PVDF薄膜由于其(qí)高柔性的特點(dian),适用于交變載(zǎi)荷的感知121。然而(er),壓電式流渦激(jī)振🌈動(PVIV)流速傳感(gǎn)器還有許多不(bú)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(shi)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(yuan)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(hào)等,會把渦街特(te)征信号🌐淹沒。針(zhēn)對🛀🏻這一問題🔞,許(xǔ)多學者對PVIV流速(su)傳感器展開了(le)全面的研究,如(rú)繞流體的💜形狀(zhuàng)和排布、電路檢(jian)測🔞方式以及🌂信(xìn)号提取方法17-19,提(ti)高了空氣🔞流速(sù)測量精度和範(fàn)圍。
　　PVIV流速傳感器(qi)的結構采用圓(yuan)形或梯形旋渦(wō)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(zhí)徑會導㊙️緻繞流(liu)與⛷️傳感器元件(jian)之間的距離不(bú)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(tí)出了一🐅種基于(yu)PVIV流速傳感裝✂️置(zhì)。該裝置由圓柱(zhù)繞流體🚶和PVDF壓電(dian)懸臂梁組成。利(li)用數值模拟方(fang)法研究渦街流(liu)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(guo)提取頻域曲線(xiàn)中渦激頻率下(xia)的功率作爲渦(wō)街的傳感強度(dù),增強了感知微(wei)弱的流速響應(yīng)信号,月能夠解(jie)決噪聲等☁️電路(lù)上的幹擾影響(xiǎng),擴大了對低流(liú)速的檢測能力(lì)。爲高靈敏🌐.快響(xiang)應的空氣流速(su)傳感器件的設(shè)計及測量提🆚供(gòng)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(wen)PVIV流速傳感裝置(zhì)的結構如圖1所(suǒ)示。該結構由圓(yuán)柱繞流體和PVDF壓(yā)電懸臂梁構成(chéng),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(yuan)柱繞流體一側(cè)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(zhi)端距離爲L,人射(shè)流速🔆爲v,其方向(xiàng)垂直于圓柱體(ti)表面。仿真計算(suàn)時,D值的範圍爲(wèi)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(zhi)多餘變量,PVDF壓電(dian)懸臂梁高度h設(she)定爲30mm。當外界來(lái)流作用時,PVDF壓電(dian)懸臂梁結構産(chǎn)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(xíng)成響應電壓。
 
1.2流(liu)-固-電耦合模型(xíng)
　　由于氣流經圓(yuán)柱體産生渦旋(xuán)後,後方的氣流(liú)流動基本處于(yú)湍流狀态,流場(chǎng)的分布複雜,因(yīn)此,結合計算流(liú)體力🧑🏽‍🤝‍🧑🏻學(CFD)以及壓(ya)🌍電效應進行數(shù)值模拟,分析繞(rao)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(lǜ)。
1.2.1理論模型
　　壓電(dian)傳感結構感知(zhī)流體流動是--個(gè)多物理場耦合(he)的複雜過程,主(zhǔ)要包括流場、力(lì)場.和電場的綜(zong)合作用。流場産(chǎn)✊生的壓強轉化(hua)爲壓力作用在(zai)懸臂梁表面産(chan)生結構變形并(bìng)引起其壓電層(céng)變形,根據壓電(diàn)✨效應産生電荷(hé),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(zai)懸臂梁表面,最(zuì)終轉化爲瞬态(tai)電壓。變形體形(xing)狀的改變将改(gǎi)變流場,其中的(de)流固耦合面可(ke)由🌈振動和❗流場(chǎng)控制💛方程水描(miao)述,當🥰流場流速(su)小于0.3馬赫，流場(chang)被認爲是不可(kě)壓縮，這種🔴不可(ke)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(fang)程(2)描述，方程如(ru)下所示:
 
 
1.2.2仿真計(ji)算
　　将上述PVIV流速(su)傳感器簡化爲(wèi)一個二維物理(li)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(duān)固支。模型中,範(fan)圍在0.3m/s~2.5m/s,D範圍在30mm~70mm,即(jí)雷諾數在🧑🏾‍🤝‍🧑🏼500~9800之間(jian)。選取空氣域材(cái)料參數,采用SIMPLE求(qiu)解器,進行瞬态(tai)分析,計算材料(liao)參數如表1所示(shi)。采用二✉️角形非(fei)結構化的網格(gé)劃分,在圓柱和(he)PVDF壓電梁的核心(xin)區域網格分布(bù)較密集。
 
2風洞試(shì)驗
　　試驗在低速(su)風洞進行,測試(shì)平台如圖3所示(shì)。采集的🍓壓電信(xin)号通過電荷放(fang)大器與NI數據采(cai)集卡相連,運用(yòng)LabVIEW對信号進行ADC數(shu)模🌈轉換、濾波,頻(pin)譜分析(FFT變換);通(tōng)過激光位👅移傳(chuan)感器采集渦激(jī)振動時壓電梁(liáng)末端的y向位移(yi)。最🆚終在計算機(ji)中顯示PVDF壓電梁(liáng)振動的時域曲(qu)線和頻譜曲線(xian)。重點探尋壓電(dian)傳感距離在不(bu)同圓柱繞流體(ti)直徑尺寸和流(liú)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(rú)表2所示。實驗中(zhong),由50nmmn到170mm,間隔10mm依次(ci)測量不同距離(lí)下的渦街響應(yīng)信号。
 
 
3計算與測(ce)試結果分析
　　通(tong)過卡門渦街理(lǐ)論,獲得了渦街(jiē)産生的流速條(tiao)件✉️和🔞圓柱繞流(liu)體直徑範圍
 
　　式(shi)中:μ爲空氣動力(li)學粘度,St爲斯特(te)勞哈爾數,ƒ爲渦(wō)街脫落頻率。當(dang)雷諾數在的範(fàn)圍内，渦流會以(yǐ)一個相對穩定(ding)的頻率周期💋性(xìng)脫落,根據流速(su)條件和圓柱百(bai)徑範圍,可得☔出(chū)在該條件下的(de)雷諾數範圍爲(wèi)500~9800,滿足産生渦🥰街(jie)脫落的條件。
　　圖(tú)4爲流速爲2m/s,圓柱(zhù)直徑爲30mm下,産生(shēng)渦街脫落的特(tè)性。由圖叮知,渦(wō)街的交替脫落(luo)需要經曆一個(gè)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(du)與傳感距離有(you)關,由此驗證了(le)木文利用渦街(jiē)傳感的合理性(xìng)。
 
　　圖5展示了升/阻(zu)力系數與傳感(gan)距離和雷諾數(shu)的關系，文中PVDF壓(yā)電🍓懸臂梁左端(duan)固支,自由端在(zai)渦流中受到旋(xuán)渦激⛷️振力的作(zuo)用而産生y方向(xiàng)的周期性振蕩(dang)。圖5(a)爲Re=838,L=50mm時的流場(chang)✂️升/阻力曲線,由(yóu)❓圖可知，在計算(suan)時間約3s~5s流場基(jī)🐆本穩定。圖5(b)升力(lì)系數與雷諾數(shu)Re,1.之間的仿真關(guan)系。可知随Re增大(da),流場湍流強度(du)增強,此時壓電(dian)懸臂梁表面🚶‍♀️所(suǒ)受的壓力增加(jiā)，升力增大,在L=50mm時(shi)☀️,幅值達1.1。值得關(guān)注的是，在相同(tong)雷諾數下,随傳(chuán)感距離的增大(dà),升力系數随之(zhi)下降,升力場呈(chéng)現衰減的現象(xiàng)。其中,在L=50mm,即樂電(dian)懸臂梁與圓柱(zhu)繞流體之間距(ju)離最💘近時,其升(sheng)力系數最高,反(fǎn)👄映流場波動最(zui)劇烈,其原因是(shi)懸臂梁的位置(zhi)在渦街生長區(qū)，因此壓電懸臂(bì)梁靠近圓柱體(tǐ)區城出現渦旋(xuán)回流,造成的壓(ya)力對壓電懸臂(bì)梁的受力和振(zhèn)動産生增強的(de)作用。此外,1.=50mm~70mm範圍(wéi)内,升力系數曲(qu)線整體下降不(bú)明顯;L=70mm-110mm範圍内,升(sheng)🏒力系數曲線出(chu)現交叉的現象(xiàng),說明該區域流(liu)場波動變化相(xiàng)似,此時PVDF壓電懸(xuan)🙇🏻臂梁的位置往(wǎng)♈往是滿街成熟(shu)區,适于🔱形成穩(wen)定的😄滿街;L=110mm~130mm範圍(wei)内,共升力系數(shù)💔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(sheng)🐕刀系數下降至(zhì)0.3,此時懸臂梁的(de)位置往往是渦(wo)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(xìng)。由圖可知,流場(chǎng)作用3s後,懸臂梁(liang)産生的y方向振(zhen)蕩逐漸穩定,該(gai)結果驗證了圖(tu)5(a)中流場升/阻力(lì)與時間的關系(xì)。受渦街作用,懸(xuán)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(xiàn)和通㊙️過激光位(wèi)移⭐傳感器測得(dé)的實驗位移曲(qu)線發現,實際測(ce)量的振蕩曲線(xiàn)的幅值略小于(yú)計算幅值,同時(shí)前者的震❤️蕩頻(pin)率(13.8Hz)略小于後者(zhě)産生的震蕩頻(pin)率(14.0Hz),原因在于計(ji)算設置的阻尼(ni)比與實際值有(yǒu)誤差，然而由于(yú)誤差較小，實際(ji)測量的震🔞蕩曲(qu)線與計算的到(dào)‼️的大緻--緻,因此(cǐ)證實本文中流(liu)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(zhen)計算值與實驗(yan)值。如圖可知,計(ji)算值相比理論(lun)值,其與實驗值(zhí)更爲接近,其更(geng)加正确的反映(yìng)實際情♍況下的(de)渦激振動時産(chan)生的渦☔街現象(xiang),進🌈--步說明本文(wén)仿真計算的合(he)理。其中,流速爲(wei)1m/s時的實驗與計(ji)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(zhi)随時間🧑🏽‍🤝‍🧑🏻幾乎恒(heng)定.這說明此時(shi)懸臂梁⛷️在y方向(xiàng)的振蕩幅值穩(wen)㊙️定;而對比圖7(b)可(ke)知,實際條件下(xia)采集的電壓時(shí)✨域曲線在幅值(zhí)大小上随時間(jiān)波動較爲明顯(xian),即周期内的🍓Ux-Ug值(zhi)往往不穩定,在(zai)該曲線上會疊(die)加包括電路幹(gan)擾,工頻十擾,以(yǐ)及流場對壓電(diàn)梁産生的x方向(xiang)的振動影響。在(zài)此情況下,若根(gen)據前人叫采用(yong)提取電👄壓的Ux-Ug值(zhi),0-Ug值或U....的方法來(lái)表征壓㊙️電梁感(gǎn)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(wei)正确,因💰此本文(wen)采用通過提取(qu)頻📧域曲線中渦(wō)激頻率下的❤️功(gōng)率表征渦街的(de)傳感強💋度。此外(wài),由圖7可知,仿真(zhēn)中，PVDF壓電懸臂梁(liáng)🙇‍♀️可檢測的流速(sù)爲0.3m/s,此時該懸臂(bi)梁産生的振動(dong)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(zhēn)計算的合理。

 
　　圖(tu)8爲傳感強度(功(gong)率P)在不同傳感(gan)距離下的分布(bù)曲㊙️線。給出㊙️了D=30mm,人(rén)射流速依次爲(wèi)0.5m/s,1.0m/s,2.0m/s時的實驗及計(ji)算結果。同時根(gen)據式(8),P值由對應(yīng)時📧城曲線通過(guò)傅裏葉變換(FFT)轉(zhuan)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(zhi)🤞的變化規🌈律基(ji)本一緻,即均在(zai)L爲90mm附近最大.反(fan)映🔞出在相同區(qū)域PVDF壓電梁測量(liàng)的信号強度達(dá)到最大:同時反(fan)映,傳感距離(L.)與(yu)人射流速大小(xiao)無關,分析原因(yin).根據卡門渦街(jiē)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(xuan)渦y方向的速度(dù)引起振蕩作用(yong)(參考圖9周期内(nei)的y方向流場速(sù)度可知),與x方向(xiang),即人射流速方(fāng)向無關。值得注(zhù)意的是,由圖8(b)~圖(tu)8(d)發現,在相同直(zhí)徑下,随流速增(zēng)大,流場對壓電(dian)梁産生的激頻(pín)🔴成分更爲複雜(za),這與圖✂️5(b)相符✌️,即(ji)随Re增大,流場湍(tuān)♉流強度💚增強,反(fan)映流場波動更(gèng)加劇烈。但是對(duì)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(lái)表征傳感強度(du)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(jiàng),分析原因,根據(ju)渦❌街理論,由于(yú)黏性的耗散.此(cǐ)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(jin)。
 
　　圖10爲傳感強度(dù)(P)在不同傳感距(jù)離下的分布曲(qu)線,展示🏒了🍓低流(liu)速情況下，即ʋ=1m/s,繞(rào)流體直徑依次(cì)爲30mm,40mm,50mm時的實驗及(ji)計算結果。由圖(tú)10(a)可知,P随傳感距(ju)離L的分布規律(lǜ)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(shi),L=110mm;當D=50mm時,Lm=130mm。值得⛱️注意(yì)的是,由圖10(b)~圖10(d)發(fā)現,在相同🌈ʋ下,随(suí)D值增大.流場對(dui)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(zhí)增.大,在CCT兩側産(chan)生的📐交替旋渦(wo)相互之間的作(zuo)用減小，使得流(liu)場的波動減小(xiao)所導緻的。
 
　　圖11展(zhǎn)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(dao)‼️周期下的✌️漩渦(wō)激振力而産生(sheng)振蕩現象🌍。其中(zhōng)懸臂梁兩側的(de)壓強差是💋導緻(zhi)懸臂梁的偏轉(zhuǎn)的直接原因,而(er)壓強差是由于(yu)渦街通過懸臂(bì)梁産✔️生的。與此(ci)同時,壓強差産(chǎn)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(jia)速度。不僅如此(cǐ),懸臂梁自由端(duan)振幅随時間的(de)增長最快,達到(dao)最大✨振幅時,振(zhèn)動速度最小。此(ci)外,一個振動⛹🏻‍♀️周(zhōu)期内,懸臂梁産(chan)生了兩次振動(dòng)方向的改變,使(shi)得懸臂梁周圍(wéi)流場也發生了(le)周期性的✂️改變(biàn)，PVDF樂電懸臂💚梁與(yu)流場🤩的相互作(zuo)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(chuan)感距離與流速(su)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(fèn)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(zeng)大時,其🈲兩側剪(jiǎn)切層之間距離(lí)變大,其相互作(zuò)用變慢,使漩渦(wo)的脫落頻率減(jian)小，使得旋渦産(chǎn)生位置距繞流(liú)體越遠,即最住(zhu)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(ji)實驗關系。由圖(tu)13(a)可知❓,P.随。增大而(er)遞增,同時随D增(zeng)大而遞增;同時(shi)，測量曲線與計(jì)算曲線保持-緻(zhì)。分析原内.根據(jù)式(9),由Re與txD成正比(bǐ)關系,Re增加，導緻(zhì)其升力系數增(zēng)大,即反映流場(chǎng)波動越劇烈,此(ci)時結構表面所(suǒ)受壓👌力增加,導(dǎo)緻PVDF壓電梁的振(zhen)蕩幅值變大,産(chan)生的壓電功率(lü)越高。其中圖13(b)顯(xiǎn)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(liú)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(rán)而如果用時域(yu)電‼️壓的Ua-U。值、0-U2值或(huò)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(rao),難以提取特征(zheng)量。這也進一步(bù)證明了木文采(cǎi)用提取功率來(lai)表征渦街在傳(chuán)感距離上傳感(gǎn)強度的合理性(xìng)。
 
4結論
　　設計和研(yan)究了一種基于(yú)渦激振動的壓(ya)電傳感裝❓置。通(tōng)過響應信号分(fèn)析了傳感距離(li)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(yong)通過提取頻域(yù)曲線中渦激頻(pin)率下的功率作(zuò)爲渦街的傳感(gan)強度。實驗和仿(pang)真結果表明:增(zēng)大繞流體直徑(jing)可以使傳感距(jù)離☂️和🧑🏽‍🤝‍🧑🏻功率線性(xing)增加;然而,在傳(chuan)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(dìng)。此外,風洞實驗(yàn)驗證該基于渦(wo)激振動的柔性(xing)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(dì)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(wèi)8x102mW。該提取👉渦街信(xìn)号的方法和規(gui)律可以解決傳(chuán)統的渦街信号(hào)微弱以及低流(liu)速難測:量的問(wen)👌題,擴大了該類(lei)流速傳感器的(de)應💛用🈲範圍,快響(xiang)應的流速傳感(gǎn)器件❗的設計及(jí)測量提供了新(xīn)㊙️的探測方法。

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