基于微型压力传感器阵列的翼面压力分布直接测量系统
光学压力测量(OPM)技术在风洞中的应用研究
光学压力测量(OPM)技术在风洞中的应用研究田义，肖昊苏，范志刚哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨 (150001)E-mail：tianyi.sa@摘要：目前，风洞试验的压力测量有两种方法，一是阵列传感器测量，二是光学压力测量(OPM)。
阵列传感器测量是在模型上多个部位打孔并安装压力传感器，这给模型的制造带来了很大的困难，使得研究周期加长。
阵列传感器测量只能得到模型压力分布的离散值，而且大量的孔会影响模型表面的压力分布。
作为无接触测量和连续测量的光学压力测量法，不会对模型结构进行破坏，使得测量的可信度增加，飞行器的研制周期缩短。
本文对光学压力测量及其核心技术压力敏感涂料(PSP)技术做了详细介绍并创造性地提出了照明和探测系统的设计原则。
关键词：光学压力测量；压力敏感喷涂；照明和探测方案；风洞；自照明效应中图分类号：V211.752 文献标识码：A1. 引言1980年Peterson和Fitzgerald首次利用荧光成像技术测量压力，但由于荧光涂料对氧的敏感性和渗透性差，试验的意义没有得到重视[1]。
此后，涂料的性能有了很大改善，CCD相机也得到了普遍的使用，各种数字化设备日新月异，使得光学压力测量的实现有了可能。
20世纪80年代中期，莫斯科大学与莫斯科中央空气动力研究院(TsAGI)首次将PSP技术用于外流试验。
此后，TsAGI与意大利的INTECO公司联合开发了商用的PSP系统。
德国的DLR(Deutsche Forschungsanstalt fur Luft-und Raumfahrt e.v.)利用INTECO的PSP系统进行了无接触测量试验，但之后不久便独立开发了一个PSP项目，TsAGI最近脱离了INTECO成立了OPTROD公司独自开拓PSP市场。
英国的航空宇航委员会（British Aerospace）法国的ONERA(Office National d’Etudes et de Recherches Aérospatiales)也都相继开展了PSP技术的研究和应用。
一种阵列式小尺寸温度传感装置
项 目来 源 ： 国家“ 八六 三” 高技术研究发展计划 （ Ｏ ９ Ａ １ ３４ ； ２ Ｏ Ａ ０ ｚ １ ） 江苏省 自然科学基金 项 目（ Ｋ ０ ９７ ） 江苏省高校科 技成 Ｂ ２０ ２ ２ ；
果 产 业 化 推 进 项 目（Ｈ１ — ） 江 苏 省 “ ３ ” 程 项 目 Ｊ ０２； ３３ 工 收 稿 日期 ：０ １ ０ — ６ ２ １—４ ２ 修 改 日期 ：０ １ ０ — ０ ２ １ — ８ １
具 有一 定温度 的被 测物 体外形 进行 识别 。
图 ２ 单 个热 敏 电 阻的 分 压 法 检 测 原 理 图
当采 用交叉式 阵列结 构 ， 即阵列 中每一 个测 温 电
阻 一端 与所 在 的列线 相 连 ， 另一 端 与所 在 的行 线 相
１ 阵 列式 小 尺 寸 温 度传 感装 置 组成
Ｅ ＡＣ ７ ２ Ｇ；２ ０ Ｅ Ｃ：３ ０ ７ ３
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １０ — ６ ９ ２ １ ． １ ０ ６ ｏ ：０ ３ ６ ／ ．ｓ ．０ ４ １ ９ ． ０ １ １ ． ２ ｓ
一
种 阵列 式 小 尺 寸 温 度 传 感 装 置 冰
吴 剑 锋 ， 王 蕾 ， 建 清 于 忠洲 李 ，
所 设 计 的 阵列 式温 度 感 知装 置设 有 主控 制器 、
连 ， Ⅳ× 个温度 传感 器 的连接 线数 目为 Ⅳ＋ 根 ， 则 可大大减少 电阻阵列 测量 所需 连线 数 目。但该 接 线
阵 温度传感器阵列及其测控 电路 ， 以温度传感器阵列 方式 同时也 给阵列 中所有 电阻的测量带 来 了问题 ， Ｔ＿ 、 ＾ 广 之 ｌ 凡 列 中相邻 电阻对 被测 电阻 的测量 产生影 响 ， 使得 该 电 作 为 温度感 知 的核心 ， 中 ： 其 温度 敏感单 元采 用微 小 尺寸 测温 型高精 度 Ｎ Ｃ电阻 ， Ｔ 单个 元件 的平 面尺 寸 不大 于 ２ｍ ｘ ｉ ２ｍｍ： 有 阵列 交叉 分 布 式 结 构 ， ｎ 具 共
压力分布飞行实测进展研究
压力分布飞行实测进展研究作者：李亚南张鹏程来源：《科技传播》2018年第11期摘要飞行载荷试飞验证对飞机的结构强度设计和气动性能设计具有重要的意义，新型飞机都要进行飞行载荷测量的飞行试验。
压力分布法是飞行载荷测量的一种有效手段，能获取测试剖面处的压力分布，能获得其他专业所需的气动特性，试验成本低。
文章对国内外飞行试验中压力分布测量技术研究现状及相关方法进行了介绍。
最后，对压力分布测量在飞行试验中的应用提出展望。
关键词飞行载荷；压力分布；扫描阀；测压带中图分类号 V2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）212-0175-05飞行载荷试飞验证对飞机的结构强度设计和气动性能设计具有重要的意义，飞行器的气动特性对飞行器的性能有着至关重要的影响。
飞行器在飞行过程中，表面所承受的气流环境极其复杂，表面压力变化剧烈。
压力分布测量是飞行器气动力测量的一种重要手段，其测量数据不仅可以直接获取测试剖面的压力分布和测试部件的气动载荷，而且也可用于确定机翼上最小压力点位置、激波位置、流动分离及压心位置，为机翼结构强度计算、研究机翼的性能、机翼的绕流特性提供依据。
因此压力分布测量对飞行器气动特性试飞验证有着非常重要的意义。
对于飞机压力分布设计而言，其验证手段有CFD数值计算、风洞试验、飞行试验三种。
CFD数值计算受到模型简化、计算理论、湍流模型等因素的影响，特别是对于增升装置等流动复杂的部件而言，无法获得部件的真实压力分布。
而风洞试验往往受到模型尺寸、洞壁干扰、支架干扰、来流湍流度等因素的限制，其试验结果无法充分支撑飞行载荷验证的需求。
而飞行试验能够获得真实飞行条件下测试部件的压力分布。
因此，对于压力分布验证而言，飞行试验具有不可替代的作用。
国外开展了大量的压力分布飞行试验研究，基于扫描阀、压力传感器等设备的压力分布测量方法趋于成熟，MEMS测压带及其他压力分布飞行试验测量技术也在迅速发展。
国外对于MEMS测压带的研究从2000年开始，经过多次的迭代设计和试验验证，国外MEMS测压带压力分布测量技术已经较为成熟，该技术已在B757-300、B737-BBJ、B767-400等型号飞机试飞任务成功的应用。
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模拟 模块化 柔索驱动并联机器人(wdpr) 柔性桩 柔性曲面 柔性显示 柔性悬臂梁 柔性并联机器人 柔性尾部 柔性丝线 有限元法 有机发光晶体管 曲面重建 曲率 智能检测 时滞 效率 支链静刚度矩阵 摆动式推进 振动主动控制 拖拽方腔流 拓扑优化 抑振 微胶囊 微电极阵列 微型压力传感器阵列 并联机器人 富勒烯 实验验证 实验装置 实时测量 太阳电池 大射电望远镜(lt) 多联融合鞭毛 多维柔性耦合 复合地基 坐标变换 场发射 固有频率 噻吩聚合物 受体 发光二极管 双发光层 参量 压电作动器 压力分布 卡门涡街 动力学建模 动力学 功率流 力学理论 副溶血性弧菌 创业导向 分布载荷
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推荐指数 4 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
外文图书-河海大学图书馆
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【国家自然科学基金】_翼面_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
推荐指数 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
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2011年 科研热词 颤振 等效板模型 生物柴油 气动弹性 三角翼 ritz法 navier-stokes方程 高阶守恒重映 飞行实验 风荷载 风洞实验 颅内动脉瘤 铺带头 连续模型 超级计算 贴体网格 表面活性剂 蝴蝶 自由滚转 自动铺带 脂肪酸甲酯 聚合酶链反应 翼面分离 翼长 网格重构 网格分区 结冰代码 红斑狼疮,系统性 窗口嵌入技术 稳定性 短舱位置 直接数值模拟 滞回曲线 湍流 混合表面活性剂 涡量 治疗结果 水平轴风力机 气动力估算 模态法 植物油 柔性翼 机翼贴片修补 机翼设计 机翼 有限元分析 显微外科手术 数值模拟 操纵性 控制源项 抗震性能 抖振 推荐指数 3 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
基于IEEE1588的分布式柔性测压带系统设计
第38卷第1期 2021年1月计算机应用与软件Computer Applications and SoftwareVol .38 No . 1 Jan . 2021基于IEEE 1588的分布式柔性测压带系统设计薛子刚12高屹2*薛田3\中国人民解放军91515部队海南三亚572016)2 (海军勤务学院海防工程系天津300450)3(西北工业大学航海学院陕西西安710072)摘要为了研发一套分布式翼面柔性测压带系统，实现以表面贴附的方式测量飞机翼面压力，同时满足大规模分散式的传感器节点数据的同步采集、实时传输和本地存储等功能，提出系统总体设计方案，提供了硬件设计 方法和软件设计流程。
测试了系统的各项性能，并进行系统性能评估。
测试结果表明：该系统达到了预期的技术 指标，符合测试平台的要求;该系统是通用的，可以将压力传感器换成其他类型的传感器，尤其对于需要大量传感 器的测试环境，其提供了一种安装方便、扩展灵活、数据传输可靠的解决方案。
关键词柔性测压带：I EEE 1588时钟同步CANFD 总线以太网中图分类号TP 393文献标志码A DOI :10.3969/j .issn . 1000-386x .2021.01.019DESIGN OF DISTRIBUTED FLEXIBLE PRESSURE MEASURING BELTSYSTEM BASED ON IEEE 1558Xue Zigang 1， Gao Yi 2* Xue Tian 31 ( Unit 91515 o f P L A , Sanya 572016 , H ainan, China)2 {Department o f Coastal Defense Engineering , Naval Logistic College , Tianjin 300455，China )3 {School o f Navigation , Northwestern Polytechnic University , Xi^ an 710077 , Shaanxi , China)AbstractIn order to develop a set of distributed airfoil flexible pressure measuring belt system ， to realize themeasurement of wing pressure in a surface attachment manner ，and to meet the synchronous acquisition ， real-time transmission and local storage o f large-scale distributed sensor node data ，a overall design scheme of the system is put forward ，and the h ardware design method and software design flow are provided . The performance of the system was tested and evaluated . The test result shows that the system can achieve the expected goal and meet the requirements of the test platform . Meanwhile ，it i s universal ，the pressure sensors can be replaced with other types of sensors ，especially if a large number of sensors are required . The system provides a solution with convenient ins and reliable data transmission .Keywords Flexible pressure measuring belt IEEE 1588 Clock synchronization CANFD bus Ethernet杂，操作成本较高，同时气压传导造成测量迟滞严重，压力平衡时间过长，无法满足动态测量的需求[1]。
Tekscan压力分布测量系统
Tekscan 压力分布测量系统摘要:介绍一种先进的压力分布测量系统,该系统使用独特的柔性薄膜网格压力传感器,能够对任何接触面之间的压力分布进行动态测量,并以直观、形象的二维、三维彩色图形显示压力分布的轮廓和数值,进而做出评估。
对各种压力分布的测量和分析,在各行各业的研究和发展中都起着极其重要的作用。
例如,汽车行业中,研究座椅的舒适性,需要测量人体对座椅的压力分布;为提高轮胎的性能,需要测量轮胎与地面的接触轮廓和压力分布;为确保车门的密封性,需要测量车门密封垫在关门时的受力分布;医疗领域中,牙科医生要诊断病人的牙齿咬合状况,需要测量病人上下牙齿间的咬合力大小和分布,等等。
所以,压力分布的测量成为解决这些问题的首要条件。
而解决这些问题的传统办法就是进行反复的实验,这样不但效率低,而且成本也比较高。
美国Tekscan 公司的压力分布测量系统就是基于上述情况而开发的,它是一种经济、高效、精确、快速、直观的压力分布测量工具。
1 系统结构与原理Tekscan 压力分布测量系统的独特之处在于其专利技术———柔性薄膜网格传感器。
传感器结构如图1所示。
图1 传感器结构示意图标准的Tekscan 压力传感器由两片很薄的聚酯薄膜组成,其中一片薄膜的内表面铺设若干行的带状导体,另一片薄膜的内表面铺设若干列的带状导体。
导体本身的宽度以及行间距可以根据不同的测量需要而设计。
导体外表涂有特殊的压敏半导体材料涂层。
当两片薄膜合为一体时,大量的横向导体和纵向导体的交叉点就形成了压力感应点阵列。
当外力作用到感应点上时,半导体的阻值会随外力的变化而成比例变化,由此来反映感应点的压力值。
即压力为零时,阻值最大,压力越大,阻值越小,从而可以反映出两接触面间的压力分布情况。
传感器内部导体的宽度、行距、列距决定了每单位面积内传感点的个数,即间隙分辨率。
每个传感点面积可以小到1. 613 mm2 ,行列距可小到0. 5 mm。
不同的传感器面积和间隙分辨率可满足各种不同的测量要求。
基于CAN总线的分布式翼面压力测量系统
Ｃ Ｎ总线 驱 动 器 。Ｃ Ｎ控 制 器 决 定 了数 据传 输 的各 Ａ Ａ
种 细节 ， 括数据帧格式 、 包 总线 仲裁和错误检测等 ；
Ｃ Ｎ总线 采 用 两种 互 补 的逻 辑 数值 “ 性 （） 和 “ Ａ 显 ０ ” 隐
性 （ ）。信号以物理总线 Ｃ Ｎ Ｈ和 Ｃ Ｎ Ｌ １” Ａ— Ａ — 两线之间 的“ 分” 差 电压 。＝ 一一 一形 式 出现 。在 “ 。 隐
传统风洞试验 中的压力测量多采用压力扫描 阀 测 量 系统 ， 通过 测量 机翼 表 面 固定 位置 处 压力 导孔 的
压 力 值 ， 整个 翼 面压 力进 行评 估 。该 检 测 系统 的 主 对 要 缺 点是 气 压传 导 造成 测量 迟 滞严 重 ， 力平 衡 时 间 压 过长 ， 无法 满足 动态测 量 的需求 。 ＭＥ 技术 的发 展为 翼 面压 力 分布 检测 提供 了较 ＭＳ
图４ 压力传感器放大 电路
性” 状态 下 ， 。近 似为 零 ，显 性 ” 时 肼＝ 因此 “ 位 ２Ｖ，
需要 Ｃ 供接 Ａ Ａ
口 。
其 中 ， 。 称 为增 益调 节 电 阻 ， 照 增益 计 算公 尺被 按 式 Ｇ＝４ ．ｋ 。 ９４ Ｑ ＋１， Ｇ ２ 可得 尺 ２３ ｎ 。 若 ＝２ 。 ．６ ｋ ＡＤ ２ 的第 ５ ６０ 引脚 用 于设 置放 大器 的输 出零 位 电 压 ， 论 上 零 位 电 压 定 义 为在 绝 对 气 压 为 ０Ｐ 理 ａ
３ 因此 ， － Ｖ， ３ 运算放大器 Ａ ６０ Ｄ ２ 需要将压力传感器的 输 出 电压 放 大 约 ２ 倍 。压 力传 感 器 与 Ａ ６０的连 接 ２ Ｄ２ 如 图４ 所示 ， 中， 其 压力传 感器被 表示 为 电阻桥 形式 。
嵌入式大气数据传感系统压力传感器设计研究
嵌入式大气数据传感系统压力传感器设计研究摘要：综合大气数据检测系统(path)是飞机正面嵌入的压力传感器系统，用于测量飞机表面的压力分布，并通过某些算法间接访问飞行数据。
路径系统在精度、可靠性和范围方面比传统的基于气道的大气数据传感器具有更大的优势。
F-18Harv路径系统采用非线性回归算法，采用25/s采样频率、12.5hz Nyquist频率，采用最小二乘法间接获得大气数据，实现头部正面压力传感器的环形分布。
关键词：嵌入式大气数据传感系统；压力传感器；设计引言对于飞行器而言，传统的空速管、攻角传感器等大气数据测量装置在高速、高机动性的飞行时会产生较强干扰，且对飞行器的隐身效果有一定的影响。
嵌入式大气数据传感(FlushAirDataSensing，FADS)系统依靠机体表面的压力分布，通过一系列算法间接获得动静压、攻角、侧滑角等大气数据，具有维护成本低、经济性良好等特点，被广泛用于航空航天领域。
然而，由于气压传感器的测量噪声和延迟等问题，导致其单独使用时对数据的估计精度有限，而惯性测量元件(InertialMeasurementUnit，IMU)的数据的瞬时精度较高、延迟较低，可以用于FADS的辅助计算。
以IMU测量的加速度、角速度作为飞行器模型的输入量，以FADS获得的角度和速度信息作为观测量构建卡尔曼滤波是一个常用的方法。
因为飞行器飞行时涉及到坐标系转换和当地声速变化的计算，所以需要对原有的卡尔曼滤波进行改进，以满足非线性系统的计算要求。
1.FADS系统压力传感器简介路径系统中的感知压力组件是安装在头部接收中的电子扫描压力模块(ESP)，带有多种传感器。
该路径系统还包括参考压力模块和高精度压力传感器模块。
模块在系统温度控制中工作，将输出引导至脉冲编码模块(PCM)，并进行25/s采样。
ESP模块使用通过管道连接到表面的电子扫描。
管道中每个传感器的长度、直径和体积都会影响传感器的频率特性。
MEMS在航天航空领域中的应用与发展趋势
• 纳型、皮型卫星及其星座和编队飞行的发展同时给星上推进、姿控、电源等系统提出了包括体 积、质量、功耗、成本和可靠性等在内的更高的要求。按照传统加工方法已无法使推进系统和 星务管理、电源等系统在保证功能的同时达到纳、皮型卫星或者将来更小型卫星的质量、体积 和功耗要求。
• 只有通过采用MEMS 技术，使卫星分系统和部件微型化，再使这些分系统和部件高度集成， 研制出有较强功能的微型卫星，然后再发展分布式空间系统结构，以最终实现超小型的纳米卫 星。基于MEMS 技术的微型元器件以及微型姿控、推进分系统就是以此为契机迅速发展起来。
MEMS技术在航空领域的应用
• MEME技术在航空领域也有广泛的应用，譬如为各种飞机、战斗机服务的航空状态监测传感器。 这种传感器是指专门用于获取表征航空装备状况的各种连续或离散的可测量参数的传感器，主 要用于实现飞行器工况的实时监测，同时这些状态信息可用于飞行器整机或部件的故障预测与 健康管理。我国航空状态监测传感器的技术水平经多年来的发展有了长足进步，但与国外先进 水平相比还有较大差距。特别是在材料与工艺等基础技术方面与发达国家差距较大且创新性不 足。
• 波音公司研制了基于MEMS 技术的压力带用于飞行载荷测试，压力带采用模块化、多芯片 模块( MCM) 的设计思路，将整个压力带分成若干个段，可以有127 个段，每段有一个包含6 个压力传感器的智能模块。智能模块包含有敏感部分，对应的信号调节和处理电路、校准机构 和通信接口。压力带首先用在Boeing757-300 飞机上，对飞机的起落架性能进行测试。之后又 用于测量飞机机翼表面的空气动力分布。利用MEMS 技术研制的压力带，可提高安装效率5倍， 提高精度10 倍。压力带样机在Boeing757-300、737-BBJ、767-400 和F-18E 飞机上进行了充 分的飞行试验，并在737-900 飞机上进行了产品的飞行验证。
机载翼面压力分布测试系统校准技术研究
飞行测压模块是一种同时集成先进的模拟电子电路与 数字温度补 偿 设 计 的 高 精 度 双 处 理 器 试 飞 数 据 采 集 系 统% 系统构成如图'所示%该系统由主机和压力扫描阀两部分 组成%其中主机包含数据采集单元和系统控制单元&最大 可 兼 容 $ 个 (* 通 道 的 扫 描 阀 & 提 供 +'" 通 道 的 压 力 测 试 %
压力扫描阀是高性能的一体式气体压力测量装置&用 于多通道干燥无腐蚀性气体的压力测量&扫描阀内部集成 (*或%"个硅压阻式压力传感器阵列以及相同 数量 的温 度传 感器%每个传 感 器 内 部 还 包 含 一 个 KKYZ-[ 电 路&KKYU Z-[ 电路用于记忆传感器相 关的 信 息&诸 如 校 准 系 数*传 感器编号.,*量程*出厂 校 准 日 期* 用 户 校 准 日 期 等% 压 力扫描阀是 具 有 数 字 温 度 补 偿 功 能 的 微 型 差 压 测 量 模 块% 通过精确测量扫描阀内惠斯通电桥的桥路电阻&采用特殊 补偿算法实时消除测试热误差&使得传感器在整个工作温
对于压力扫描阀而言&由于其在飞行试验参数的测试 中起着重要的作用&因此对校准的精度与效率的要求更加 严格&本文基于其结构和工作原理&提出采用一种高效率 的多通道系统校准方案%
压力扫描阀内部设计了一个专用的气动阀组&可以设 置每个通道 的 测 试+参 考 端 使 用 公 共 压 力 测 试+参 考 或 者 使 用单独的压力测 试+参 考 !真 正 的 差 压 模 式"% 两 种 模 式 下 还为输入气路设计了内部吹扫和检漏功能%
低温压力传感器及压力信号的微机动态测量系统
低温压力传感器及压力信号的微机动态测量系统
李世岗;陈流芳;陈菡;张华;吴裕远;闫雄珂
【期刊名称】《低温工程》
【年(卷),期】1999(000)001
【摘要】研制了一种适用于低温环境中的压力(差压)传感器.该传感器具有较高的精度、灵敏度、线性以及较快的响应速度.另以高性能、高速数据采集卡及Compaq486微机为二次仪表,组成了一套实时自动数据测量系统.该系统的硬件可靠,软件虚拟了各类数字化仪表,具有较强的数据处理能力和较便捷的操作性.
【总页数】4页(P36-39)
【作者】李世岗;陈流芳;陈菡;张华;吴裕远;闫雄珂
【作者单位】西安交通大学低温工程研究所,西安,710049;西安交通大学低温工程研究所,西安,710049;西安交通大学低温工程研究所,西安,710049;西安交通大学低温工程研究所,西安,710049;西安交通大学低温工程研究所,西安,710049;宝鸡传感器研究所,宝鸡,721001
【正文语种】中文
【中图分类】TB6
【相关文献】
1.一种研究热电偶低温动态特性的微机测量系统 [J], 俞国新;张江
2.基于微型压力传感器阵列的翼面压力分布直接测量系统 [J], 常莹;马炳和;邓进军;陈爽;苑伟政
3.基于应变片式压力传感器的重心测量系统 [J], 蔡校蔚;李艺;李娟;李伟达;朱其欢;张宵
4.压力测试机中压力传感器输出信号前置处理电路的应用研究 [J], 丁邦俊
5.基于动态条件下压力传感器的嵌入式血压测量系统设计 [J], 梅紫萍;耿杰;黄艺因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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１．２．２柔性衬底基微型压力传藤器阵列
柔性衬底基微型压力传感器阵列主要由压阻式 微型压力传感器、柔性衬底两部分组成。柔性衬底采 用了聚酰亚胺材料，具有良好的隔热、隔电、减振作 用。两层聚酰亚胺之间为薄的金属导线层，用以实现 传感器阵列及其与外围采样和处理电路的电连接。 柔性衬底厚度范围为５０～１００肚ｍ可选，可以弯曲贴附 于各种非平面翼型表面，并有利于实现对翼面结构的 破坏趋于最小。柔性衬底上的导线、焊盘的平面布线
１ｍｍ，膜厚约为３０肛ｍ，对应高的固有频率，有利于实 现较精密定点测量，并提高测量的快速性和实时性。
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图３压阻式微型压力传感器结构 Ｆｉｇ．３ Ｍｉｃｒｏ ｐｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔｉＶｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅＩＩｓｏｒ
在室温２５℃、外界气压９７ｋＰａ的条件下，对已封 装传感器样件进行了测试，主要指标如表１所示。其 灵敏度和精度较高，测量范围满足应用需求０～ １５０ｋＰａ的量程要求。
３．２．１实时压力分布显示
图７为翼型在迎角口＝８０，来流速度Ｕ。＝２０ｍ／ｓ 风速条件下通过该测量系统直接在计算机屏幕上得 到的实时压力分布图，横坐标为传感器在翼型上的弦 向位置菇，纵坐标为绝对压力值Ｐ，Ｓ１一Ｊｓｌ０分别对 应ｌＯ个传感器的测量值。
的数据处理，主要完成翼面压力分布实时显示等功
能。
．
（１）预先通过系统校正法对每个传感器在特定的
压力变化范围进行了标定，利用该数据处理程序得出
电压和压力之间的换算系数。
（２）根据电压和压力之间的换算系数计算出每个
传感器实时输出电压对应的压力值。
（３）对输出的压力值进行拟合，实时显示出翼型
表面的压力分布曲线。
根据传感器阵列设置通道数 ●
根据测试需求设置采样点数、频率 ●
数据采集 ．．．．．．．．Ｌ
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直观显示翼面实时动态压力分布 ●
试验结束
图５数据采集与处理系统软件沉程幽
ｎｇ．５ ｎａｗ℃ｈｒｔ ０ｆ ｄａｈ删ｕ场ｔｉ蛐ａｎｄ ｐｍ雌ｓ面唱
２．３．２数据处理程序
在ＬａｂｖＩＥｗ中开发ＭＡＴＬＡＢ程序可以实现相关
ｄｉｓｔｒｉｂｕ·
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翼型表面压力分布测量可以用于确定机翼上最 小压力点位置、激波位置、气流是否分离、以及作用在 翼型上的升力、压差阻力和压力中心位置等，对于研 究飞行器气动特性非常重要。
传统的压力分布测量方法是在翼型表面布置测 压孔，通过管路连接到风洞外的压力传感器或扫描阀 的接管嘴处进行测量，有结构复杂、气路延迟等缺 点…。ＭＥＭｓ技术的发展为翼面压力分布测量带来 了新手段。ＭＥＭｓ微型压力传感器具有尺寸小、定点 性好、频响高的特点。同时，小而薄的微型器件容易 集成在同一基底上形成测量阵列，可避免长的测压导 管连接而直接安装在翼型表面或较浅的凹槽内，可用
第２２卷第３期 ２００８年０９月
实验 流体力 学 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｉｎ ｎｕｉｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ
文章编号：１６７２—９８９７（２００８）０３．００８９．０５
Ｖ０１．２２。Ｎｏ．３ Ｓｅｐ．，２００８
基于微型压力传感器阵列的翼面压力分布直接测量系统
常 莹，马炳和，邓进军，陈 爽，苑伟政
于风洞实验快速、实时压力测量，并具有动态压力测 量的发展潜力。美、欧等发达国家都在积极推动相关 研究［２－３］。
西北工业大学微／纳米系统实验室设计开发了柔 性衬底基微型压力传感器阵列并以ＬａｂＶＩＥｗ软件为 数据处理开发平台的直接测压系统，结合低速风洞实 验，初步实现了对翼型表面压力分布的多点直接测 量、在线处理和实时显示。
通讯作者：马炳和（１９７２．），男，河北辛集人，副教授．研究方向：航空应用微系统、ＭＥＭｓ设计与建模．Ｅ．ｍｉｌ：ｍａｂｈ＠ｎｗｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
万方数据
９０
实验 流 体 力 学
（２００８）第２２卷
压阻式微型压力传感器是基于硅压阻效应而工 作的。在敏感膜片特定位置上掺杂形成半导体敏感 电阻，敏感膜片在压力作用下产生的应变可转化为压 敏电阻的阻值变化。一般每个压阻式传感器膜片上 制作４个压敏电阻，它们构成惠斯顿电桥可将阻值变
２计算机数据采集与处理系统
数据采集与处理系统包括阵列信号调理器、数据 采集板、计算机系统、用于开发虚拟仪器平台的计算 机系统应用软件。 ２．１信号调理器
信号调理器由阵列恒流驱动器、无源滤波器和放 大器等组成，主要是供给压力传感器驱动电流，并把 传感器阵列的输出信号进行放大、滤波、调零等。
压力传感器有恒流、恒压两种驱动方式。因为桥 臂电阻的温度系数为正，而灵敏度温度系数为负，恒 流驱动时输出电压的温度系数是两者的代数和，因 此，本系统采用恒流驱动电路有利于一定程度上改善 传感器的温漂特性【６ Ｊ。
压力传感器输出的是毫伏量级的微弱信号，极易 受周围环境的温度、湿度以及电磁干扰的影响，而仪 表放大器固有的ｃＭＲ性能使其易于提取叠加在很强 的共模噪声和干扰信号上的微弱差分信号，因此本系 统采用了仪表放大器对传感器的输出信号进行放 大［７｜。 ２．２数据采集板
数据采集板包括多路采样器、程控放大器、采样／ 保持电路、Ａ／Ｄ转换器、接口和控制电路等。它将多 个模拟信号逐个采样，再量化成数字信号后送往计算 机。采用的是ＮＩ公司生产的ＰＣＩ一６０２４Ｅ数据采集 板，有如下特性：１６个模拟量输入通道、１２位的Ａ／Ｄ 分辨率和２００ｋＨｚ／ｓ的单通道最大采样率，这些指标 满足传感器阵列通道数、分辨率以及采样率等测试需 求。 ２．３系统应用软件设计 ２．３．１ 系统应用软件基本功能
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３０ ｋ
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Ｃｐ“ｐ—ｐ。、ｌ鼍ｐＵ。
上式中ｐ为每个传感器测得的压力值，ｐ。为无 穷远处的来流静压，１／２』Ｄｕ。２为来流动压。
图６传感器阵列排布及爨型尺寸不恿图
矾卫．６，ＰＵｓｍｏｎ ｏｆ斑ｎ∞ｒ ａ喇ｙ蚰恤ｅ ａｉ—０ｉＩ 利用风洞现场配备的ＥｓＰＭＳ．１型电子扫描阀测 压系统对翼面传感器对应点的压力值进行了测量，与 所设计研发的直接测压系统结果进行对比，以验证系 统的有效性。 ３．２结果分析
图４柔性衬底的布线版图
ｆ打辩呦ｒ删ｙ Ｆｉｇ．４ Ｉ矗Ｉｙ仰ｔ ｏｆ ｎ积ｉＭｅ蚰ｂｓｔ憎ｔｅ
万方数据
第３期
常莹等：基于微型压力传感器阵列的翼面压力分布直接测量系统
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结构如图４所示。每个微型压力传感器将安装在柔 性衬底上对应５个引线焊盘为ｌ组的位置（图中衬底 总共可以布置１０个传感器）。根据具体的测量要求 以及流场压力分布规律，合理设计布线结构以及阵列 的排布密度。
统进行了低速风洞测压实验。结合ｃＦＤ仿真和测试 点数需求，单列排布了１０个微型压力传感器，在流场 压力变化剧烈的前缘部分排列较密，在流场压力变化
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（２００８）第２２卷
平缓的后缘部分排列较稀疏。阵列排布结构及翼型 尺寸示意图如图６所示，其中尺寸单位是ｍｍ。
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ｐｏｌｙｉＩｌｌｉｄｅ
ｓｕｂｓｔｒａｔｅ；ａｉ面ｉｌ
ｓｕｄ－ａｃｅ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ
１翼面压力分布直接测量系统
基于压力传感器阵列的翼面压力分布直接测量 系统组成如图ｌ所示，包括微型压阻式压力传感器阵 列、计算机数据采集与处理系统两大部分。 １．１微型压力传感器工作原理
收稿日期：２００７．１０一１７；修订日期：２００７一１２—２６ 基金项目：航空基金（０４Ｊ５３０７４），国家自然科学基金（５０７７５１８８） 作者简介：常莹（１９８３．），女，陕西省榆林市人，硕士研究生．研究方向：微型传感器信号调理电路及数据处理系统设计．
ＣＨＡＮＧ Ｙｉｎｇ，ＭＡ Ｂｉｎｇ—ｈｅ，ＤＥＮＧ Ｊｉｎ—ｊｕｎ，ＣＨＥＮ Ｓｈｕａｎｇ，ＹＵＡＮ Ｗｅｉ—ｚｈｅｎｇ （Ｍｉｃｍ ａｎｄ Ｎａｎｏ Ｅｌｅｃｔｍｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅ腊Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｎｏ曲ｗｅｓｔｅｍ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’肌 ７１００７２，Ｃｈｉｎａ）
匝亟埠ｉ 化转化为电压输出信号，并提高测量灵敏度，如图２
所示。
计算机数据采集和处理系统
系统应用软件｝：习计算机系统
采
处
显
集
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功
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能
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能
打印设备
ｐ脚他ｍｅａ锄№ｍｅｎｔ 图ｌ翼面直接测压系统组成
Ｆｉｇ．１ Ｄｉｒｅｃｔ
ｓｙｓｔｅｍ
幽２ ４个压敏电阻构成惠斯倾电桥
Ｆ．ｇ．２ ＨｉＩｓｔｏｎ．ｂｒｌｄｇｅ ｆｏｍｅｄ ｂｙ ｆ０盯ｖａｒｉｓｔｏ倦 电桥输出电压为：
与一般的标定方法不同，系统校正法是指在标定
压力与电压的对应关系时运行整个数据采集系统，直
接标定在系统误差环境下的压力与电压的对应关系，
这样在计算电压和压力换算系数时，可以消除由采集
系统产生的误差，进而提高压力数据的精度。
３风洞实验及结果分析
３．１实验设置 结合ＮＡｃＡ００１２标准翼型对设计研发的测压系
（西北工业大学微／纳米系统重点实验室，西安７１００７２）
摘要：研发了微型压力传感器并构成柔性衬底基阵列，直接置ห้องสมุดไป่ตู้翼型外表面实现压力分布测量。结合传感器