[发明专利]一种基于挠曲电效应的流速变化率的传感结构和测量方法

权利要求书

1.一种基于挠曲电效应的流速变化率的传感结构，其特征在于：包括上下侧的绝缘层(1)，位于绝缘层(1)间的多个叠层单元，每个叠层单元包括上下侧的电极层(2)，位于电极层(2)间的挠曲电材料层(3)，所述挠曲电材料层(3)的长度和宽度均略小于电极层(2)，电极层(2)相对于挠曲电材料层(3)突出部分用绝缘黏性材料(4)填充，起到粘结和绝缘的作用，所述绝缘层(1)相对于电极层(2)突出部分用绝缘黏性材料(4)填充，起到粘结和绝缘的作用，在绝缘层(1)和绝缘黏性材料(4)外围用热缩管紧固，形成层板状测量元件，整个层板状测量元件外围部分均有绝缘材料包裹；所述挠曲电材料层(3)上下侧的电极层分别通过导线连接电荷放大器(5)的输入端，电荷放大器(5)的输出端与信号处理、显示、存储模块(6)相连接；所述层板状测量元件的一端用夹持装置夹持，组成悬臂梁结构，夹持装置固定在静止不动的固件上。

2.根据权利要求1所述的一种基于挠曲电效应的流速变化率的传感结构，其特征在于：在有测量不同来流速度变化率需求时，所述绝缘层(1)采取的绝缘材料不同，采用的叠层单元层数不同，每一层叠层单元包含一层挠曲电材料层(3)。

3.根据权利要求1所述的一种基于挠曲电效应的流速变化率的传感结构，其特征在于：所述层板状测量元件的尺寸远小于待测流场尺寸，对流场的影响极小。

4.根据权利要求1所述的一种基于挠曲电效应的流速变化率的传感结构，其特征在于：所述挠曲电材料层(3)为介电常数大于1且分子结构具有中心对称性的材料。

5.根据权利要求4所述的一种基于挠曲电效应的流速变化率的传感结构，其特征在于：所述介电常数大于1且分子结构具有中心对称性的材料为PVDF、聚四氟乙烯或钛酸锶钡。

6.根据权利要求1所述的一种基于挠曲电效应的流速变化率的传感结构，其特征在于：所述绝缘黏性材料(4)为液态时具有黏性、能够由液态转为固态的绝缘材料。

7.根据权利要求6所述的一种基于挠曲电效应的流速变化率的传感结构，其特征在于：所述液态时具有黏性、能够由液态转为固态的绝缘材料为环氧树脂。

8.根据权利要求1所述的一种基于挠曲电效应的流速变化率的传感结构，其特征在于：所述电极层(2)厚度小于挠曲电材料层(3)厚度至少一个数量级。

9.根据权利要求1所述一种基于挠曲电效应的流速变化率的传感结构，其特征在于：所述电荷放大器(5)的放大倍数、信噪比和下限截止频率满足层板状测量元件和待测流场的要求。

10.根据权利要求1所述一种基于挠曲电效应的流速变化率的传感结构的测量方法，其特征在于：待测流场内，流体以不同的流速冲击层板状测量元件时，层板状测量元件产生挠曲变形，使得各层发生形变，挠曲电材料层(3)产生挠曲变形，在其挠度方向产生了应变梯度，由于挠曲电原理，该无源的挠曲电材料层(3)上下表面产生极化电荷，经电极层(2)传递至电荷放大器(5)并由其线性转换为相应的电压信号，该电压信号由电荷放大器(5)的输出端送至信号处理、显示、存储模块(6)，信号处理、显示、存储模块(6)记录并显示流场内的流速变化率。