05_陈少坤_三维薄膜式风速风向传感器的设计研究.pdf

1、凝心聚力共奋进凝心聚力共奋进 务实创新向未来务实创新向未来北京瑞科同创科技股份有限公司2024年8月汇报人：陈少坤三维薄膜式风速风向传感设计研究目录Content应用及展望应用及展望4研究背景及意义研究背景及意义1风速风向风速风向传感传感研究思路研究思路2风速风向传感风速风向传感设计研究设计研究3公司简介公司简介501研究研究背景及意义背景及意义 风速风向传感器现状风速风向传感器现状01-01-研究研究背景及意义背景及意义目前使用最广的风速风向传感器分别是机械式风速传感器和光电式风向传感器。然而，机械式风速传感器由于利用磁性技术，容易受到外部磁场的干扰，而且高温会影响导体电阻，从而降低传感器的

2、灵敏度。光电式风向传感器的灵敏度低，易受环境干扰。风速风向传感器风速传感器风向传感器压差式传热式超声波式机械式机械式电子式光电式02风速风速风向传感风向传感研究思路研究思路 研究路线图研究路线图02-02-研究研究思路思路三维薄膜式风速风向传感三维形状风场受力分析数值拟合风速风向试验校准误差控制环境误差测量误差三维薄膜式风速风向传感的应用拟合公式修正公式仿真拟合分析误差控制试验校准修正三维薄膜式风速风向传感器的应用03设计设计研究研究 三维薄膜形状 风场受力分析 数值拟合 误差分析三维薄膜形状03-03-设计研究设计研究三维薄膜式风速风向传感器采用圆柱形薄膜结构，以保证在不同风向下，结构形状受

3、力的一致性。应变片被均匀布置在圆柱薄膜周围，通过薄膜的应变大小来反应风速的大小。为了消除薄膜纵向尺寸的影响，应变片被纵向粘贴在圆柱薄膜的四周。圆柱薄膜应变片三维薄膜形状03-03-设计研究设计研究三维薄膜式风速风向传感器采用圆柱形薄膜结构，以保证在不同风向下，结构形状受力的一致性。应变片被均匀布置在圆柱薄膜周围，通过薄膜的应变大小来反应风速的大小。为了消除薄膜纵向尺寸的影响，应变片被纵向粘贴在圆柱薄膜的四周。圆柱薄膜应变片最优风场受力分析03-03-设计研究设计研究为了分析风荷载作用下圆柱薄膜的受力情况，并且使其符合实际应变测量情况，将圆柱薄膜的风荷载受力模型简化为二维的单圆柱绕流模型。通过这

4、一简化，可以更好地反应圆柱薄膜受到风力时的变形情况。单柱绕流模型在风场中，迎风面的应力最大且受压应力，背风面的应力最小且为拉应力。圆形的背风面受力均匀，且均匀部分占圆柱的40%左右，约为0.01Pa。数值拟合-风速03-03-设计研究设计研究风速（风速（m/sm/s）最小拉应力最小拉应力(Pa)(Pa)1 10.012 20.023 30.34 40.45 50.710104.7202032303083353596基于上述的单圆柱绕流模型，风速设置1m/s、2m/s、3m/s、4m/s、5m/s、10m/s、20m/s、30m/s和35m/s，得到对应的最小拉应变值。以风速为自变量x，最小拉应

5、力为因变量y，采用matlab进行拟合函数，分别采用一次函数、二次函数、幂函数以及三角函数作为目标函数。目标函数目标函数拟合结果拟合结果拟合度拟合度一次函数一次函数y=0.3265x+4.3460.95二次函数二次函数y=-0.00297x2+0.5949x+3.5360.97幂函数幂函数y=5.181x0.4070.99三角函数三角函数y=33.16sin(0.0156x+0.111)0.96公式公式1 1V=5.181E V=5.181E 0.4070.407其中V风场的风速（m/s）；圆柱体薄膜的最小拉应变；E圆柱薄膜的弹性模量；1风速修正系数。数值拟合-风向03-03-设计研究设计研究

6、根据单圆柱绕流模型，假设风速为1m/s。在这种情况下，最小拉应力可以作为基准，其余方向的应力可以表示为基准的倍数关系。同时以迎风面为0方向，背风面为180，两侧对称角度。根据上述角度范围，以风向角度为因变量y，最小拉应力的基数倍数为自变量x，采用matlab进行拟合函数，分别采用一次函数、二次函数、幂函数、三角函数作为目标函数。迎风面为0开始的圆心角度数；圆柱体薄膜的最小拉应变；1 最小拉应变邻近的应变值；2风向修正系数。目标函数目标函数拟合结果拟合结果拟合度拟合度一次函数一次函数y=-2.321x+1420.946二次函数二次函数y=-0.09154x