發(fā)布時間：2025-05-11 01:51

　　剪切應力是流場控制過程中的重要物理量,在運載工具減阻、醫(yī)學疾病診斷及軍事裝備監(jiān)測等領域具有重要的應用價值。多傳感器組成的陣列式結構可以同時對剪切應力的時間和空間分布進行測量,是實現主動閉環(huán)流場控制的前提。熱傳遞法和柔性聚合物薄膜相結合的剪切應力微傳感陣列能夠具備良好的柔性特征,適用于非規(guī)則壁面處的剪切應力測量。本論文中的微傳感陣列具有非懸空熱線、聚酰亞胺-鉑-聚酰亞胺三明治結構、集中引線與獨立引線相結合的布線形式、背部引腳接線等結構特點,可以利用多層聚合物結合的柔性微加工技術進行制作。利用靜態(tài)和動態(tài)的溫度補償方法可以分別對空氣和水中由流體溫度變化引起的輸出誤差進行補償,該方法也能拓展至其他流體環(huán)境。微傳感陣列與測試電路級聯(lián)調試并標定后,形成了具有微型化、陣列式、適用于非規(guī)則壁面、水/空兩用等應用特征的柔性熱剪切應力微傳感陣列及其測試系統(tǒng)。本文的主要工作內容概括如下:1.柔性熱剪切應力微傳感器的原理分析與結構優(yōu)化設計。在有效工作范圍內,熱線功率與流體剪切應力的立方根成線性相關關系,故可通過測量熱線的電學特性計算出流體的剪切應力。選擇聚酰亞胺和金屬鉑分別作為柔性基底和熱線的結構材料,在具備柔...

【文章頁數】：129 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號說明
第一章 緒論
    1.1 剪切應力測量綜述
        1.1.1 活動質量法
        1.1.2 油膜干涉法
        1.1.3 液晶涂覆法
        1.1.4 壓差法
        1.1.5 光譜頻移法
        1.1.6 熱傳遞法
        1.1.7 技術對比與方案
    1.2 熱剪切應力傳感器的電路系統(tǒng)
        1.2.1 測試電路
        1.2.2 溫度補償電路
        1.2.3 電路對比與方案
    1.3 本論文的研究意義
    1.4 本論文的主要研究內容
    1.5 本章小節(jié)
第二章 柔性熱剪切應力微傳感陣列的優(yōu)化設計
    2.1 熱剪切應力傳感器的工作原理
    2.2 熱剪切應力微傳感陣列的材料選擇
    2.3 微傳感陣列的結構設計
    2.4 微傳感陣列的仿真優(yōu)化
        2.4.1 多物理場耦合的剪切應力測量過程
        2.4.2 平面溫度分析
        2.4.3 截面溫度分析
    2.5 本章小結
第三章 柔性熱剪切應力微傳感陣列的MEMS制備
    3.1 微傳感陣列的制備流程
    3.2 關鍵工藝的選擇與實現
        3.2.1 柔性薄膜的制作與釋放
        3.2.2 微小尺寸熱線的成型
        3.2.3 多層微結構的結合
    3.3 本章小結
第四章 傳感器的恒溫測試模式及其溫度補償電路
    4.1 傳感器的熱學-電學模型
    4.2 恒溫測試電路
    4.3 靜態(tài)溫度補償電路
        4.3.1 電路設計及其系統(tǒng)級仿真
        4.3.2 誤差分析
    4.4 動態(tài)溫度補償方案
    4.5 本章小結
第五章 柔性熱剪切應力微傳感陣列的測試與標定
    5.1 熱線的表征
    5.2 電路制版與調節(jié)
    5.3 空氣環(huán)境測試
        5.3.1 溫度分布
        5.3.2 穩(wěn)定性及響應時間測試
        5.3.3 剪切應力響應
    5.4 水環(huán)境標定
    5.5 本章小結
第六章 總結與展望
    6.1 本文完成的主要研究工作和結論
    6.2 本文主要創(chuàng)新點
    6.3 下一步研究工作
參考文獻
致謝
攻讀博士期間發(fā)表的學術成果



本文編號：4044660