测试薄膜振动频率和流速关系的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测试薄膜振动频率和流速关系的方法及装置。该方法根据摩擦发电原理，利用有限元分析方法和一次函数线性拟合方法来分析计算薄膜振动频率和流速的函数关系。该装置包括：气流供给模块、测试腔体、薄膜振动单元和信号处理分析模块。本发明专利技术提供的测试薄膜振动频率和流速关系的方法，简化了计算量，准确可靠；而本发明专利技术提供的测试薄膜振动频率和流速关系的装置，可实时测量振动频率和流速的关系，稳定性及可靠性高；同时该装置结构及制作工艺简单，成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
测试薄膜振动频率和流速关系的方法及装置
本专利技术涉及传感
，尤其涉及一种测试薄膜振动频率和流速关系的方法及装置。
技术介绍
众所周知，薄膜结构由于其造型适应性强，力学性能好，自重轻等特点被广泛应用于各个领域，这类结构对气流的作用非常敏感，当气流流速达到一定值时，薄膜结构可发生较明显的振动反应，薄膜在气流作用下的振动反应可应用于制作气流传感器、风力发电机等。薄膜受气流作用发生振动时的振动频率较快，振幅较小，振动情况极难观测。目前，对振动频率和流速关系的观测和计算方法有：利用高速摄影仪拍摄记录，或利用流固耦合方法进行计算；利用高速摄影仪拍摄所需条件过高，造价昂贵，不易实现；而流固耦合计算方法多用于一维、二维模型的计算，其应用于三维薄膜的振动模型分析时，计算量大，误差较大。因此，现有技术中缺少一种计算简单、且稳定性及可靠性高的测试薄膜振动频率和流速关系的方法及装置。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是针对现有技术的缺陷，提供一种计算简单、且稳定性及可靠性高的测试薄膜振动频率和流速关系的方法及装置。根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测试薄膜振动频率和流速关系的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S100：使m种气流流量Q的值为a

【技术特征摘要】
1.一种测试薄膜振动频率和流速关系的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S100：使m种气流流量Q的值为am的恒定气流以单位时间t流过测试腔体，振动薄膜在气流的带动下与至少一个电极相互接触摩擦，输出与m种气流流量Q分别对应的周期性的交流电信号集合D；
步骤S110：根据周期性的交流电信号集合D，利用摩擦发电原理，分析计算得到m种气流流量Q分别对应的振动频率f，并得到m种气流流量Q和与其对应的振动频率f组成的m组第一对应数值；
步骤S120：建立测试腔体的模型结构，设置N种气流流量Q的值为bn，利用有限元分析方法，分析计算得到气流流量Q与流速V的函数关系；其中，气流流量Q的值bn以等差递增的方式变化；
步骤S130：根据m种气流流量Q和与其对应的振动频率f的对应关系，以及气流流量Q与流速V的函数关系，分析计算得到流速V与振动频率f的函数关系；
其中，N≥2，m、n和N都为正整数。


2.根据权利要求1所述的测试薄膜振动频率和流速关系的方法，其特征在于，所述步骤S110中的根据周期性的交流电信号集合D，利用摩擦发电原理，分析计算得到m种气流流量Q分别对应的振动频率f具体包括：
根据与m种气流流量Q分别对应的周期性的交流电信号集合D，分别分析计算单位时间t内m种气流流量Q所对应的周期性的交流电信号集合D中脉冲对的次数，将所述次数作为m种气流流量Q分别对应的振动频率f。


3.根据权利要求1或2所述的测试薄膜振动频率和流速关系的方法，其特征在于，所述步骤S120中的建立测试腔体的模型结构具体包括：
建立预设尺寸的气流流道，将振动薄膜设为平板刚体，并将所述振动薄膜设置于所述气流流道的内部。


4.根据权利要求1-3任一项所述的测试薄膜振动频率和流速关系的方法，其特征在于，所述步骤S100具体包括：
步骤S1001：预先设置m种气流流量Q的值为am的恒定气流，依次取值为a1、a2…am；
步骤S1002：使预先设置的m种气流流量Q依次取值为a1、a2…am的恒定气流分别流过测试腔体单位时间t，所述振动薄膜在气流的带动下与所述至少一个电极相互接触摩擦，输出与m种气流流量Q分别对应的周期性的交流电信号集合D，依次为D1、D2…Dm。


5.根据权利要求4所述的测试薄膜振动频率和流速关系的方法，其特征在于，所述步骤S110具体包括：
步骤S1101：根据周期性的交流电信号集合D1、D2…Dm，分别分析计算单位时间t内m种气流流量Q所对应的周期性的交流电信号集合D1、D2…Dm中脉冲对的次数，将所述次数作为m种气流流量Q分别对应的振动频率f，依次为f1、f2…fm；
步骤S1102：根据m种气流流量Q和与其对应的振动频率f的对应关系，得到m组第一对应数值，分别为(a1，f1)、(a2，f2)…(am，fm)。


6.根据权利要求5所述的测试薄膜振动频率和流速关系的方法，其特征在于，所述步骤S120具体包括：
步骤S1201：建立测试腔体的模型结构；
步骤S1202：预设N种气流流量Q的值为bn，依次为b1、b2…bn；其中，气流流量Q的值以等差递增的方式变化；
步骤S1203：根据N种气流流量Q的值b1、b2…bn，利用有限元分析方法，分析计算得到与N种气流流量Q的值对应的流速V1，V2…Vn，并得到N组第二对应数值，分别为(V1，b1)、(V2，b2)…(Vn，bn)；
步骤S1204：根据N组第二对应数值，利用一次函数线性拟合方法，分析计算得到气流流量Q与流速V的函数关系式为：
V＝c1×Q+d1；或者，Q＝c2×V+d2；
其中，V为流速，Q为气流流量，c1、c2、d1和d2为常数。


7.根据权利要求6所述的测试薄膜振动频率和流速关系的方法，其特征在于，所述步骤S130具体包括：
步骤S1301：将m组第一对应数值中的气流流量Q的值a1、a2…am分别代入步骤S1204中分析计算得到的气流流量Q与流速V的函数关系式，分析计算得到与第一对应数值中的气流流量Q的值a1、a2…am分别对应的m种流速V的值v1、v2…vm；
步骤S1302：根据m种气流流量Q和与其对应的振动频率f的对应关系，以及气流流量Q与流速V的函数关系，得到m组第三对应数值(v1，f1)、(v2，f2)…(vm，fm)；
步骤S1303：根据得到的m组第三对应数值(v1，f1)、(v2，f2)…(vm，fm)，利用一次函数线性拟合方法，分析计算得到流速V与振动频率f的函数关系式为：
V＝e1×f+g1；或者，f＝e2×V+g2；
其中，V为流速，f为振动频率，e1、e2、g1和g2为常数。


8.一种测试薄膜振动频率和流速关系的装置，其特征在于，包括：气流供给模块、测试腔体、薄膜振动单元和信号处理分析模块；其中，
所述气流供...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔婧，刁海丰，郝立星，
申请(专利权)人：纳智源科技唐山有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北;13