本发明专利技术公开了一种二维可测的柔性热式流量传感器、其制备方法及系统和应用，该系统用于实时检测流场的速度和方向，包括传感器主体、数据采集硬件和上位机可视化软件，所述的传感器主体包括柔性基底，热源，温度传感器，导电电路，隔热件，所述热源处于柔性基底中心，所述热源周向上均匀分布有若干个温度传感器，所述数据采集硬件可以实现15通道24位ADC转换、内置变压与无线数据传输，所述上位机软件可二维实时显示流场分布状态与数据处理，与现有技术相比，本发明专利技术的装置可二维测量并实时显示流速方向，且以柔性材料为基底，能够适应复杂的安装曲面，薄膜式结构对流场干扰小，同时自制软硬件方便了数据的收集与实时可视化，拓宽了传感器的应用范围。传感器的应用范围。传感器的应用范围。
【技术实现步骤摘要】
一种二维可测的柔性热式流量传感器、其制备方法及系统和应用
[0001]本专利技术属于柔性传感器
，涉及一种二维可测的柔性热式流量传感器、其制备方法及系统和应用。
技术介绍
[0002]流体测量广泛存在于工业生产、日常生活中。获取流场的信息可以辅助判断工业生产状况、家庭管道有无破损、飞行状态是否安全等关键问题。传统的流量传感器多为管道式,体积较大，安装时常伴随需破坏连接表面的螺纹连接，无法适应曲率较大的表面条件。因此，可自适应贴附表面、具有良好伸展和弯折性的柔性流量传感器在流体检测领域有重要意义。
[0003]流量传感器的原理多种多样——压阻、声多普勒、热式、电磁、科里奥利力式等。然而，当前的许多测量方式仅能测量一个方向的流场信息，甚至无法测量流场的方向信息。热式柔性流量传感器的物理基础是强迫对流换热下的热剪切力测量，该方法可测量方向，但此前的设计少有完美对称的热源，在理论上影响着方向测量的准确度。
[0004]便捷的采集系统与实时的动态展示是传感器的应用需求与发展方向。流量传感器的配套采集系统常采用自连杜邦线或者成熟的商业软硬件实现数据的传输与可视化。然而自连杜邦线在二维或多维测量时有着繁琐的接线工作，而成熟的商业软硬件又往往不够定制化且难以脱离PC工作，限制了工作环境。此外，多维度的数据与一维数据不同，采用点线的分析方法不直观，需考虑更直观的可视化方法。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，无法多方向测量，热源不对称等，设计了完美中心对称的热源，并在其一周配置了对称的若干温度传感器与一个背景温度传感器，以激光一体化技术加工方法加工传感器主体器件。
[0006]本专利技术公开了一种二维可测的柔性热式流量传感器系统，基于此系统，不仅能适应不同的安装曲面，还可以二维测量流场分布，该系统用于实时检测流场的速度和方向，包括传感器主体、数据采集硬件和上位机可视化软件，所述的传感器主体包括柔性基底，敏感层，导电电路，隔热件，所述敏感层包括热源和温度传感器，所述热源呈中心对称的螺旋状结构，所述的温度传感器呈凸状结构，所述的热源与温度传感器的微观表面为多孔状结构，所述导电电路包括有电极接触区与电路引出区，所述热源产生的热场会随流场的流动方向偏移，使得其上下游的温度传感器阻值与热源阻值发生变化，引起热源阻值和输出电压的变化，数据采集处理组件检测到输出电压的变化并处理，并传输到上位机可视化软件中实时显示流场的二维分布状态。
[0007]进一步的，所述的热源、温度传感器、导电电路皆设于柔性基底的一侧表面上,另一面为传感器的检测面，所述热源处于柔性基底中心，所述热源的周向上中心对称分布有
八个碳化温度传感器，所述导电电路上设有一个背景温度传感器用于实时测量环境温度，所述隔热件可置于柔性基底存在导电电路的一面上，所述热源呈中心对称的螺旋状结构，所述的温度传感器呈朝向热源的“凸”状结构，所述的热源和每个温度传感器的微观表面为多孔状结构，所述热源、温度传感器与导电电路存在电路接触区域。
[0008]本专利技术的另外一个目的是提供一种二维可测的柔性热式流量传感器系统的制备方法，步骤包括如下：
[0009]步骤1：利用丝网印刷板对柔性基底进行导电电路印刷，在柔性基底上得到导电电路；
[0010]步骤2：通过红外激光器在柔性基底上利用激光一体化技术改性得到敏感层，并利用导电银浆修饰敏感层与导电电路的接触区，保证其良好接触。
[0011]步骤3：制备隔热件；
[0012]步骤4：选型采集芯片完成硬件设计；
[0013]步骤5：编写上位机可视化软件；
[0014]步骤6:设计实验验证传感器可测流量大小与二维方向，验证硬件系统的功能完备，验证上位机可视化功能完备。
[0015]进一步的，根据本专利技术的一种具体实例，所述的步骤1具体步骤可以为：
[0016](1)将电路印刷网板水平固定于丝网印刷台上，一端用锡纸稍稍垫起保证有一定按压空间；
[0017](2)将PET置于丝网印刷台面，防止导电银浆越界印到金属台面；
[0018](3)将待印柔性基底放置于PET和网板中间，踩下脚踏开关开启气泵吸附柔性基底；
[0019](4)将GC
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SP360
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A导电银浆搅拌至有流动性，用药勺蘸取足量的导电银浆于电路印刷网板的印刷区域；
[0020](5)左右手保持一定且相近力度，快速按压银浆覆盖电路印刷网板印刷图案；
[0021](6)印刷完毕后取下柔性基底，关闭气泵，使用Hieclean清洗剂清洗电路印刷网板上的剩余银浆，同时利用电热鼓风干燥箱烘干印刷电路即得到导电电路。
[0022]进一步的，所述步骤2中通过红外激光器在柔性基底上利用激光一体化技术改性得到敏感层，并利用导电银浆修饰敏感层与导电电路的接触区，保证其良好接触，并使用导电银浆修饰敏感层与导电电路的接触区，具体步骤如下：
[0023](1)将带有丝网印刷银电路的柔性基底置于红外激光平台上，比较预加工图案对齐；
[0024](2)选用合适的加工功率和速度激光加工参数，利用激光一体化技术对柔性基底进行激光改性，形成导电碳材料，即得到了敏感层；
[0025](3)手涂导电银浆修饰敏感层与导电电路电极接触区相接触的区域。
[0026]进一步的，其步骤3所述的制备隔热件具体步骤如下：
[0027](1)设计隔热件的尺寸图；
[0028](2)依据图纸利用红外激光切割得到亚克力板；
[0029](3)对齐后利用亚克力粘合剂拼接；
[0030](4)导入配比好的PDMS(预聚体：固化剂质量比10：1)；
[0031](5)放置于90℃环境固化约50min；
[0032](6)固化后放置于FUJIWARA真空腔内抽离PDMS中的气泡120min后即得到隔热件。
[0033]进一步的，所述的步骤4中，数据采集硬件包括AD4114芯片、STM32主控和上位机，所述的AD4114芯片和STM32主控实现电压信号的采集，可完成15通道的24位ADC信号转换与热源和温度传感器的电压供给，所述STM32主控用于将采集到的数据打包后通过无线蓝牙或有线的方式发送至上位机，所述上位机对数据进行处理。
[0034]进一步的，所述的步骤5中上位机可视化软件具体为：可视化界面采用PyQt5设计，集成了数据载入框架、数据处理框架、串口通信框架、动态预览框架的功能，利用Designer设计UI界面，利用matplotlib库与seaborn库设计了静态的绘图函数，利用serial库结合keil5、STM32CubeMX完成数据帧的定义、传输，利用openpyxl库实现数据的动态存储，利用pandas库实现数据的读取与格式转换，利用pyqtgragph库实现高刷新率的动态图显示，利用scipy库实现数据的滤波、拟合等处理，由于串口通信与UI交互需两个线程，再利用thr本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种二维可测的柔性热式流量传感器系统，其特征在于，该系统用于实时检测流场的速度和方向，包括传感器主体、数据采集硬件和上位机可视化软件，所述的传感器主体包括柔性基底(1)，敏感层，导电电路(4)，隔热件(5)，所述敏感层包括热源(2)和温度传感器(3)，所述热源(2)处于柔性基底(1)中心，所述热源(2)的周向上中心对称分布有若干个温度传感器(3)用于测量流场在二维平面的流动方向，所述导电电路(4)上设有一个背景温度传感器(6)用于实时测量环境温度，所述热源(2)呈中心对称的螺旋状结构，所述的热源(2)、温度传感器(3)与背景温度传感器(6)的微观表面为多孔状结构，所述导电电路(4)包括有电极接触区与电路引出区，所述热源(2)产生的热场会随流场的流动方向偏移，使得其上下游的温度传感器(3)阻值发生变化，引起热源(2)阻值和输出电压的变化，数据采集硬件检测到输出电压的变化并处理，传输到上位机可视化软件中实时显示流场的二维分布状况。2.制备如权利要求1所述的一种二维可测的柔性热式流量传感器系统的方法，其特征在于，其制备步骤包括：步骤1：利用丝网印刷板对柔性基底(1)进行导电电路印刷，在柔性基底(1)上得到导电电路(4)；步骤2：通过红外激光器在柔性基底(1)上利用激光一体化技术改性得到敏感层，并利用导电银浆修饰敏感层与导电电路(4)的接触区，保证其良好接触；步骤3：制备隔热件；步骤4：选型采集芯片完成硬件设计；步骤5：编写上位机可视化软件；步骤6:设计实验验证传感器可测流速大小与二维方向，验证硬件系统的功能完备，验证上位机可视化功能完备。3.根据权利要求2所述的一种二维可测的柔性热式流量传感器系统的制备方案，其特征在于，步骤2中通过红外激光器在柔性基底(1)上利用激光一体化技术改性得到敏感层，并利用导电银浆修饰敏感层与导电电路(4)的接触区，保证其良好接触，并使用导电银浆修饰敏感层与导电电路(4)的接触区，具体步骤如下：(1)将带有丝网印刷银电路的柔性基底置于红外激光平台上，比较预加工图案对齐；(2)选用合适的加工功率和速度激光加工参数，利用激光一体化技术对柔性基底进行激光改性，形成导电碳材料，即得到了敏感层；(3)手涂导电银浆修饰敏感层与导电电路电极接触区相接触的区域。4.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐凯臣，李奇澳，杨赓，李铁风，杨华勇，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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