CN112326994A - 一种基于悬臂梁的流速探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于悬臂梁的流速探测装置，包括：管壁、悬臂梁、振源、压电材料块，管壁围成管道，悬臂梁的一端固定在管壁的外侧，悬臂梁的内部设有空腔，空腔与管道贯通，振源与管壁、悬臂梁固定连接，压电材料块设置在悬臂梁上靠近固定端的部位，压电材料块与外部电路连接。应用时，待测的流体在管道内流动，通过探测悬臂梁共振频率的变化，实现待测流速的测量。本发明具有流速探测灵敏度高的优点。

Description

一种基于悬臂梁的流速探测装置

技术领域

本发明涉及流速探测领域，具体涉及一种基于悬臂梁的流速探测装置。

背景技术

流速测量是流体实验中重要的测量内容之一。传统中，基于流体速度测量的流速测量仪器有毕托管、毕托柱、旋浆式流速仪、应变式流速仪等；基于流体流动距离的流速测量仪器的原理是在流体中投放示踪物。传统流速探测装置的探测精度低，并且不容易测量封闭管道内流体的流速。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种基于悬臂梁的流速探测装置，包括：管壁、悬臂梁、振源、压电材料块，管壁围成管道，悬臂梁的一端固定在管壁的外侧，悬臂梁的内部设有空腔，空腔与管道贯通，振源与管壁、悬臂梁固定连接，压电材料块设置在悬臂梁上靠近固定端的部位，压电材料块与外部电路连接。

更进一步地，空腔的长度小于悬臂梁长度的三分之二。

更进一步地，空腔的长度小于悬臂梁长度的二分之一。

更进一步地，从悬臂梁的固定端至悬臂梁的自由端，空腔的宽度逐渐变窄。

更进一步地，悬臂梁的材料为铝合金、硅、半导体材料、金刚石。

更进一步地，压电材料块的材料为压电陶瓷或聚偏氟乙烯。

更进一步地，从悬臂梁的固定端至悬臂梁的自由端，悬臂梁的宽度逐渐变窄。

本发明的有益效果：本发明提供了一种基于悬臂梁的流速探测装置，包括：管壁、悬臂梁、振源、压电材料块，管壁围成管道，悬臂梁的一端固定在管壁的外侧，悬臂梁的内部设有空腔，空腔与管道贯通，振源与管壁、悬臂梁固定连接，压电材料块设置在悬臂梁上靠近固定端的部位，压电材料块与外部电路连接。应用时，待测的流体在管道内流动，在管道内形成压强。不同流速时，管道内的压强不同。从而导致空腔内流体的压强不同，从而改变悬臂梁的整体共振频率，通过探测悬臂梁共振频率的变化，实现待测流速的测量。因为悬臂梁的共振频率对悬臂梁内的应力非常敏感，所以本发明具有流速探测灵敏度高的优点。另外，本发明是基于传统电学和力学原理的，成本低，在流速探测领域具有良好的应用前景。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是一种基于悬臂梁的流速探测装置的示意图。

图2是又一种基于悬臂梁的流速探测装置的示意图。

图3是再一种基于悬臂梁的流速探测装置的示意图。

图中：1、管壁；2、悬臂梁；3、振源；4、压电材料块。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

本发明提供了一种基于悬臂梁的流速探测装置。如图1所示，该基于悬臂梁的流速探测装置包括管壁1、悬臂梁2、振源3、压电材料块4。管壁1围成管道。管道的截面可以为方形，也可以为圆形，在此不做限制。悬臂梁2的一端固定在管壁1的外侧。如图1所示，悬臂梁2通过其端面固定在管壁1上。悬臂梁2的材料为铝合金、硅、半导体材料、金刚石。悬臂梁2的内部设有空腔，空腔与管道贯通。也就是说，空腔通过悬臂梁2的端面与管道贯通。振源3与管壁1、悬臂梁2固定连接，振源3驱动悬臂梁2振动。压电材料块4设置在悬臂梁2上靠近固定端的部位，压电材料块4与外部电路连接，用以监测悬臂梁2的共振频率。压电材料块4的材料为压电陶瓷或聚偏氟乙烯。

应用时，待测的流体在管道内流动，在管道内形成压强。不同流速时，管道内的压强不同。从而导致空腔内流体的压强不同，从而改变悬臂梁2整体的内部应力，从而改变悬臂梁2的共振频率，通过探测悬臂梁2共振频率的变化，实现待测流速的测量。因为悬臂梁2的共振频率对悬臂梁2内的应力非常敏感，所以本发明具有流速探测灵敏度高的优点。另外，本发明是基于传统电学和力学原理的，设备的成本低，在流速探测领域具有良好的应用前景。

实施例2

在实施例1的基础上，空腔的长度小于悬臂梁2长度的三分之二。更进一步地，如图2所示，空腔的长度小于悬臂梁2长度的二分之一。这样一来，在保证管道内的流体压强对悬臂梁2作用下，增强了结构的稳定性。

实施例3

在实施例2的基础上，如图3所示，从悬臂梁2的固定端至悬臂梁2的自由端，空腔的宽度逐渐变窄。在悬臂梁2的固定端，空腔宽；远离悬臂梁2的固定端，空腔窄。这样一来，管道内的压强能够更多地传递到悬臂梁2中，从而更多地改变悬臂梁2内的应力，从而提高流速探测的灵敏度。

实施例4

在实施例3的基础上，从悬臂梁2的固定端至悬臂梁2的自由端，悬臂梁2的宽度逐渐变窄。也就是说，在悬臂梁2的固定端，悬臂梁2粗；在悬臂梁2的自由端，悬臂梁2细。这样一来，悬臂梁2能够更牢固地固定在管壁1上，增强结构的稳定性。

更进一步地，在管壁1的内侧、悬臂梁2固定端面对流体速度方向一侧，设有突出部，突出部阻挡流体，从而使得流体速度减小，从而增加了悬臂梁2内流体的压力，从而更多地改变了悬臂梁2的共振频率，从而实现更高精度的流速探测。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于悬臂梁的流速探测装置，其特征在于，包括：管壁、悬臂梁、振源、压电材料块，所述管壁围成管道，所述悬臂梁的一端固定在所述管壁的外侧，所述悬臂梁的内部设有空腔，所述空腔与所述管道贯通，所述振源与所述管壁、所述悬臂梁固定连接，所述压电材料块设置在所述悬臂梁上靠近固定端的部位，所述压电材料块与外部电路连接。

2.如权利要求1所述的基于悬臂梁的流速探测装置，其特征在于：所述空腔的长度小于所述悬臂梁长度的三分之二。

3.如权利要求2所述的基于悬臂梁的流速探测装置，其特征在于：所述空腔的长度小于所述悬臂梁长度的二分之一。

4.如权利要求1-3任一项所述的基于悬臂梁的流速探测装置，其特征在于：从所述悬臂梁的固定端至所述悬臂梁的自由端，所述空腔的宽度逐渐变窄。

5.如权利要求4所述的基于悬臂梁的流速探测装置，其特征在于：所述悬臂梁的材料为铝合金、硅、半导体材料、金刚石。

6.如权利要求5所述的基于悬臂梁的流速探测装置，其特征在于：所述压电材料块的材料为压电陶瓷或聚偏氟乙烯。

7.如权利要求6所述的基于悬臂梁的流速探测装置，其特征在于：从所述悬臂梁的固定端至所述悬臂梁的自由端，所述悬臂梁的宽度逐渐变窄。

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