CN111983254A - 一种流速传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种流速传感器，包括基底、多个楔形金属架和电致伸缩部；其中多个楔形金属架周期性排布在基底上方，电致伸缩部设置于各楔形金属架之间；楔形金属架包括金属底板、第一倾斜金属臂和第二倾斜金属臂，金属底板设置于基底上方，第一倾斜金属臂和第二倾斜金属臂设置于金属底板上，金属底板、第一倾斜金属臂和第二倾斜金属臂形成的楔形槽垂直于基底的剖面为等腰梯形。本发明根据流速不同时楔形金属架的张角不同，产生的手性场大小不同来测量流速，可以准确的测出微小流速的大小。同时设置的电致伸缩部可以使楔形金属架张角对流速变化更敏感，提高了传感器灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及气流流速测量技术领域，特别是涉及一种流速传感器。
背景技术
气流无时无刻不存在于我们周围，针对气流的研究与测量目前已相对较成熟，无论是针对低速气流的测量还是高速气流的测量我们都可以用设备较准确的测量。常用的气流速度的测量设备主要有皮托管、热线风速仪、激光测速仪、和热球式风速仪等等。皮托管一般不能用于小于1.0m/s流速的测量。热线风速仪在测量小于1.0m/s的流速时误差较大且设备复杂，难于多点同时测量。激光测速虽然可用于1.0m/s以下流速的测量，但由于受到测量空间结构的限制，激光很难达到所有测量点。故这三种方法均难以有效地用于低速气流速度分布的测量。
因此，目前急需一种流速传感器，测出微小流速。
发明内容
本发明的目的是提供一种流速传感器，以测出微小流速。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种流速传感器，包括基底、多个楔形金属架和电致伸缩部；其中所述多个楔形金属架周期性排布在所述基底上方，所述电致伸缩部设置于各所述楔形金属架之间；所述楔形金属架包括金属底板、第一倾斜金属臂和第二倾斜金属臂，所述金属底板设置于所述基底上方，所述第一倾斜金属臂和所述第二倾斜金属臂设置于所述金属底板上，所述金属底板、所述第一倾斜金属臂和所述第二倾斜金属臂形成的楔形槽垂直于所述基底的剖面为等腰梯形。
可选的，所述金属底板两侧设置有压致变色材料部。
可选的，所述第一倾斜金属臂和所述第二倾斜金属臂与所述金属底板接触一端均设置有压致变色材料部。
可选的，所述第一倾斜金属臂和所述第二倾斜金属臂均为三角形结构。
可选的，所述第一倾斜金属臂连接所述金属底板上表面的一个边，所述第二倾斜金属臂连接所述金属底板上表面的另一相对边；所述上表面为所述金属底板距离所述基底最远的面。
可选的，所述楔形槽内设置有荧光分子。
可选的，所述基底为透明基底。
可选的，所述基底的材料为二氧化硅。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种流速传感器，包括基底、多个楔形金属架和电致伸缩部；其中多个楔形金属架周期性排布在基底上方，电致伸缩部设置于各楔形金属架之间；楔形金属架包括金属底板、第一倾斜金属臂和第二倾斜金属臂，金属底板设置于基底上方，第一倾斜金属臂和第二倾斜金属臂设置于金属底板上，金属底板、第一倾斜金属臂和第二倾斜金属臂形成的楔形槽垂直于基底的剖面为等腰梯形。本发明根据流速不同时楔形金属架的张角不同，产生的手性场大小不同来测量流速，可以准确的测出微小流速的大小。同时设置的电致伸缩部可以使楔形金属架张角对流速变化更敏感，提高了传感器灵敏度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的流速传感器的结构图；
图2为本发明实施例提供的手性场增强随波长比变化的示意图；
图3为本发明实施例提供的手性场增强分布图；
图4为本发明实施例提供的共振位置的电场分布图；
图5为本发明实施例提供的楔形金属架的结构图；
图6为本发明实施例提供的楔形金属架的另一种结构图；
图7为本发明实施例提供的倾斜金属臂上设置有压致变色材料部的结构图；
图8为本发明实施例提供的金属底板两侧设置有压致变色材料部的结构图。
符号说明：1-第一倾斜金属臂、2-第二倾斜金属臂、3-金属底板、4-楔形槽、5-电致伸缩部、6-基底。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种流速传感器，以测出微小流速。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例提供的流速传感器的结构图，如图1所示，流速传感器包括基底6、多个楔形金属架和电致伸缩部5。其中多个楔形金属架周期性排布在基底6上方，电致伸缩部5设置于各楔形金属架之间。楔形金属架包括金属底板3、第一倾斜金属臂1和第二倾斜金属臂2，金属底板3设置于基底6上方，第一倾斜金属臂1和第二倾斜金属臂2设置于金属底板3上，金属底板3、第一倾斜金属臂1和第二倾斜金属臂2形成的楔形槽4垂直于基底6的剖面为等腰梯形。
优选地，基底6为透明基底，可为二氧化硅。
本传感器的原理如下：
传感器在圆偏振光下照射时，会在楔形槽4内形成较强的手性场，手性场增强的平均值可达到8，并且是单一的手性场，如图2和图3所示。当外界环境流速变化时，楔形槽4受到冲击，楔形的张角就会发生变化，楔形槽4内磁场的方向发生变化。电场的方向不会发生变化，导致磁场和电场的夹角发生变化，最后会导致手性的大小发生变化。通过手性场的前后变化即可测出气流流速。如图2所示，角度变化2度，手性场增强的大小变化了1，并且产生手性场的位置发生了600nm的强烈改变，所以无论是用产生手性场增强波场长的变化，还是用手性场强度的变化来检测流速的变化，都具有很高的灵敏度。此外，当流速的变化引起张角变化时，对于电场的聚集能力发生变化，楔形金属架周围的电场大小也会发生变化，并且楔形槽4内的电场方向是垂直于槽内壁的方向，如图4所示，所以变化的电场会在x方向导致电致伸缩部5的体积发生变化，致伸缩部5体积的收缩或者膨胀也会使得楔形金属架张角变化，使得楔形金属架张角对于气流流速的变化幅度更大，进一步提高了传感器的灵敏度。
图5为本发明实施例提供的楔形金属架的结构图，如图5所示，在本实施例中，楔形金属架的第一倾斜金属臂1连接金属底板3上表面的一个边，第二倾斜金属臂2连接金属底板3上表面的另一相对边，其中上表面为金属底板3距离基底6最远的面。图6为本发明实施例提供的楔形金属架的另一种结构图，如图6所示，楔形金属架的第一倾斜金属臂1和第二倾斜金属臂2还可以均为三角形结构。上述楔形金属架的设置，可以使楔形金属架的张角在流速变化时更容易发生变化，传感器的灵敏度更高。
进一步地，传感器还可设置压致变色材料部。图7为本发明实施例提供的倾斜金属臂上设置有压致变色材料部的结构图，如图7所示，压致变色材料部设置在了第一倾斜金属臂1和第二倾斜金属臂2与金属底板3接触的一端。当流速变化时，楔形金属架张角变化会挤压压致变色材料部，导致压致变色材料部颜色发生变化。可以用肉眼分辨流速变化。图8为本发明实施例提供的金属底板两侧设置有压致变色材料部的结构图，如图8所示，压致变色材料部还可设置在金属底板3两侧。
进一步地，楔形槽4内设置有荧光分子，手性场会增强荧光分子的圆偏振发光，流速变化导致手性场发生变化，进而导致增强荧光分子的圆偏振发光不同，可以通过肉眼观察荧光分子圆偏振发光强度判断流速的大小。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
(1)本发明根据流速不同时楔形金属架的张角不同，产生的手性场大小不同来测量流速，可以准确的测出微小流速的大小。同时设置的电致伸缩部可以使楔形金属架张角对流速变化更敏感，提高了传感器灵敏度。
(2)通过外加电场，方向垂直于楔形槽内壁，使得电致伸缩材料部的体积发生变化，进而挤压楔形槽的张角发生变化，其聚集电场的强度发生变化，导致手性场的强度发生变化，可以达到动态调控手性场的目的。
(3)本发明中倾斜金属臂可以均为三角形结构，也可以只与金属基底的一边连接。即楔形金属架在不流速变化时张角更易发生变化，进一步提高了传感器的灵敏度。
(4)本发明设置有压致变色材料部以及荧光分子，可以通过肉眼直观判断流速大小。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种流速传感器，其特征在于，包括基底、多个楔形金属架和电致伸缩部；其中所述多个楔形金属架周期性排布在所述基底上方，所述电致伸缩部设置于各所述楔形金属架之间；所述楔形金属架包括金属底板、第一倾斜金属臂和第二倾斜金属臂，所述金属底板设置于所述基底上方，所述第一倾斜金属臂和所述第二倾斜金属臂设置于所述金属底板上，所述金属底板、所述第一倾斜金属臂和所述第二倾斜金属臂形成的楔形槽垂直于所述基底的剖面为等腰梯形。
2.根据权利要求1所述的流速传感器，其特征在于，所述金属底板两侧设置有压致变色材料部。
3.根据权利要求1所述的流速传感器，其特征在于，所述第一倾斜金属臂和所述第二倾斜金属臂与所述金属底板接触一端均设置有压致变色材料部。
4.根据权利要求1所述的流速传感器，其特征在于，所述第一倾斜金属臂和所述第二倾斜金属臂均为三角形结构。
5.根据权利要求1所述的流速传感器，其特征在于，所述第一倾斜金属臂连接所述金属底板上表面的一个边，所述第二倾斜金属臂连接所述金属底板上表面的另一相对边；所述上表面为所述金属底板距离所述基底最远的面。
6.根据权利要求1所述的流速传感器，其特征在于，所述楔形槽内设置有荧光分子。
7.根据权利要求1所述的流速传感器，其特征在于，所述基底为透明基底。
8.根据权利要求1所述的流速传感器，其特征在于，所述基底的材料为二氧化硅。
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