剪切應(yīng)力是流場控制過程中的重要物理量,在運(yùn)載工具減阻、醫(yī)學(xué)疾病診斷及軍事裝備監(jiān)測等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。多傳感器組成的陣列式結(jié)構(gòu)可以同時(shí)對剪切應(yīng)力的時(shí)間和空間分布進(jìn)行測量,是實(shí)現(xiàn)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(jié)合的剪切應(yīng)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(yīng)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(jié)構(gòu)、集中引線與獨(dú)立引線相結(jié)合的布線形式、背部引腳接線等結(jié)構(gòu)特點(diǎn),可以利用多層聚合物結(jié)合的柔性微加工技術(shù)進(jìn)行制作。利用靜態(tài)和動態(tài)的溫度補(bǔ)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(jìn)行補(bǔ)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(diào)試并標(biāo)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(yīng)用特征的柔性熱剪切應(yīng)力微傳感陣列及其測試系統(tǒng)。本文的主要工作內(nèi)容概括如下:1.柔性熱剪切應(yīng)力微傳感器的原理分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在有效工作范圍內(nèi),熱線功率與流體剪切應(yīng)力的立方根成線性相關(guān)關(guān)系,故可通過測量熱線的電學(xué)特性計(jì)算出流體的剪切應(yīng)力。選擇聚酰亞胺和金屬鉑分別作為柔性基底和熱線的結(jié)構(gòu)材料,在具備柔...

【文章頁數(shù)】：129 頁

【學(xué)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(yīng)力測量綜述
        1.1.1 活動質(zhì)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(shù)對比與方案
    1.2 熱剪切應(yīng)力傳感器的電路系統(tǒng)
        1.2.1 測試電路
        1.2.2 溫度補(bǔ)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(nèi)容
    1.5 本章小節(jié)
第二章 柔性熱剪切應(yīng)力微傳感陣列的優(yōu)化設(shè)計(jì)
    2.1 熱剪切應(yīng)力傳感器的工作原理
    2.2 熱剪切應(yīng)力微傳感陣列的材料選擇
    2.3 微傳感陣列的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    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(yīng)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(jié)
第三章 柔性熱剪切應(yīng)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(guān)鍵工藝的選擇與實(shí)現(xiàn)
        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(jié)構(gòu)的結(jié)合
    3.3 本章小結(jié)
第四章 傳感器的恒溫測試模式及其溫度補(bǔ)償電路
    4.1 傳感器的熱學(xué)-電學(xué)模型
    4.2 恒溫測試電路
    4.3 靜態(tài)溫度補(bǔ)償電路
        4.3.1 電路設(shè)計(jì)及其系統(tǒng)級仿真
        4.3.2 誤差分析
    4.4 動態(tài)溫度補(bǔ)償方案
    4.5 本章小結(jié)
第五章 柔性熱剪切應(yīng)力微傳感陣列的測試與標(biāo)定
    5.1 熱線的表征
    5.2 電路制版與調(diào)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(yīng)時(shí)間測試
        5.3.3 剪切應(yīng)力響應(yīng)
    5.4 水環(huán)境標(biāo)定
    5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 本文完成的主要研究工作和結(jié)論
    6.2 本文主要創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 下一步研究工作
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀博士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)成果



本文編號：4044660