演示流体压强与流速关系的实验装置

利用有机玻璃管、吸管、泡沫球等简易材料自制了演示流体压强与流速关系的实验装置。该装置有效地解决了小球随意滚动、吹气方向不固定等问题。实验用泡沫球代替乒乓球,并将其放置在玻璃管中放置,使实验过程不受外界空气影响,且较轻的泡沫球更易运动,实验效果更明显。利用该原理还自制了模拟非洲草原犬鼠洞穴的演示装置,有趣且直观地演示了犬鼠洞穴中的气体流向。     

流体压强与流速关系的教学设计

结合学生的生活实际和年龄特点,创造性地设计了一个讲授飞机升力的实验方法;并以"流体压强与流速关系的教学设计"为案例,展示了教学设计要注重给学生提供充分的实践体验和合作交流机会,既要关注知识的传授和技能的培养,又要关注学生学习兴趣的培养和创新能力的提高;要注重引导学生学会观察问题、提出问题和解决问题,并从中感受到大自然的美妙和合作交流的快乐.     

一种测量温度和流速的光纤光栅传感器

提出一种基于铝片的测量温度和流速的光纤布喇格光栅(FBG)传感器。采用一种耐高温胶将光纤布喇格光栅封装在一小铝片上，经过高温固化处理，可保持光纤光栅传感器的稳定性。通过-20℃～100℃温度实验，得到该传感器的温度灵敏度系数为0.0392nm/℃,是封装前的3.5倍，且传感器温度响应保持了很好的线性和重复性。从水温14.5℃时的流速实验中得到水流速在0～20m/s范围变化时，FBG峰值波长漂移了0.13nm,验证了此光纤光栅传感器测量流速的可行性。试验结果表明，该传感器既可以作为温度传感器，又可以作为流量传感器，并且制作简单，成本较低。     

基于光纤光栅的高灵敏度流速传感器

利用光纤光栅压强传感机构和汾丘里管设计了一种基于光纤光栅的流速传感器,并推导了光纤光栅中心波长漂移量与流速的关系式。实验表明,该传感器具有较高的灵敏度,稳定性较好,光纤光栅的中心波长随流速的增加而不断向短波方向漂移,而带宽几乎没有变化,实验和理论符合得较好。该流速传感器的动态感测范围为51.0~148.2 mm/s,在该范围内,至少可感测到0.3 mm/s的流速变化,这是目前所报道的最优值。优化光纤光栅压强传感机构及汾丘里管的参量,可测量其它速度段的流速,并可进一步提高传感灵敏度。     

简单有趣的流体压强与流速实验

探究性教学需要制作大量简单、效果显著的实验仪器.本文介绍由我们自主设计制作的流体压强与流速的实验仪器(图1).该仪器可做演示实验,容易操作,教学效果良好.     

基于齿轮传动与红外遥感技术测量流速实验的设计与实现

流体流速是流体力学研究中最重要的参数之一,是判断流动稳定性与力学计算的基础,流速测量是实验研究中最必要的环节.本文主要对齿轮的各项物理特性及红外遥感技术进行深入的研究,设计了一组可以同时测出水流的平均速度与当前时刻水流瞬时速度的实验装置,以解决目前实验室测水流速课程中测量数据单一,实验仪器繁多等问题.设计的实验内容包括齿轮传动比的测量、基于单片机和齿轮组的路程时间测量,以及红外测速仪的瞬时速度读取,实验环节环环相扣,可以更好地锻炼学生的独立研究能力及培养学生的思维缜密性.通过上述实验,可以较为准确地测量出流体的平均流速以及在当前时刻的瞬时流速,并通过灵敏度的计算判断出各个参数对流速的影响比例.     

磁性流体薄片高电压电流光学测量的研究

研究一种用磁性流体薄片对高压电流进行光学测量的电流传感器。设计原理基于磁性流体的光透射率随垂直磁场强度的变化而变化的关系。磁性流体受到垂直外磁场作用,原先无序的磁性颗粒将凝聚在一起形成条条磁链,从而引起磁性流体的光透射率的变化。采用磁性流体作为传感媒介设计的传感结构避免了基于法拉第效应的光磁式电流互感器对环境干扰敏感造成信噪比不高和传统的电磁式电流互感器的高压绝缘的缺陷。通过改变磁性流体的浓度和基液,或者改变传感头的结构,来达到实际需要的传感灵敏度和响应时间。     

具有复合式法珀腔的光纤压力传感器的解调

对由三个反射面构成的复合式法珀腔的光纤法珀压力传感器进行了输出光谱理论分析,提取了含有传感器腔长信息的包络.提出了基于干涉级次拟合的解调算法,仿真分析了传感法珀腔腔长范围为160～215μm的光谱信号.结果显示,在不同信噪比下,基于干涉级次拟合的算法可获得较好的测量准确度,同一信噪比下,该准确度不依赖腔长变化,也不依赖光谱解调波长分辨率变化.实验结果表明,基于干涉级次拟合结果曲线残差的均方根差为0.012μm,验证了该算法的有效性.     

具有复合式法珀腔的光纤压力传感器的解调

对由三个反射面构成的复合式法珀腔的光纤法珀压力传感器进行了输出光谱理论分析,提取了含有传感器腔长信息的包络.提出了基于干涉级次拟合的解调算法,仿真分析了传感法珀腔腔长范围为160~215 μm的光谱信号.结果显示,在不同信噪比下,基于干涉级次拟合的算法可获得较好的测量准确度,同一信噪比下,该准确度不依赖腔长变化,也不依赖光谱解调波长分辨率变化.实验结果表明,基于干涉级次拟合结果曲线残差的均方根差为0.012 μm,验证了该算法的有效性.     

A Displacement and Velocity Measurement Technique Using Millimeter-Wave Sensor

In this paper, a millimeter-wave sensor is presented for measurement of displacement and velocity. By using monolithic microwave integrated circuits and digital quadrature sampling signal-processing scheme, the sensor operating at 60 GHz is implemented. Polynomial curve-fitting technique is used for the error correction. Digital quadrature mixer is also configured as a phase-detecting processor, which enables low Doppler frequency to be measured with high resolution. Measured displacement results indicate resolution and maximum error of 10 μm and 30 μm, respectively, and measured speed is as low as 30 mm/s, corresponding to 6.6 Hz in Doppler frequency, with an estimated velocity resolution of 3.3 mm/s. To the best of our knowledge, the attained resolution and maximum error are the best reported results.     

基于声音传感器的多普勒测速实验探究

以可闻声波为实验声源,利用自己搭建的实验装置,采用光电门和多普勒两种方式测量小车的运动速度,该装置在有较强噪声干扰的情况下,仍可获得较高测量精度。     

Hartmann-Shack传感器结构参量的自基准标定

提出一种标定Hartmann Shack波前传感器结构参量的新方法,通过基于Zernike多项式的模式复原算法推导出公式,结合实验手段获得相应数据,处理后得到微透镜阵列到CCD之间的距离.该方法有效改善了以微透镜焦距代替实际参量计算斜率引入较大误差的状况,在降低传感器装配准确度要求的同时,提高了Hartmann Shack波前传感器的探测准确度.经实验验证该方法在一般实验条件下即可获得满意效果.     

航天光学遥感器像移速度矢计算数学模型

随着地面影像分辨力愈来愈高的要求,航天光学遥感器实时精确补偿摄影时地物产生的像移,已成为必需解决的关键技术之一。论述了航天光学遥感器在对星下点摄影时,通过建立从地面景物到像面的七个坐标系,进行14次线性变换,获得了具有15个参量的像面位置方程、像面速度方程,推导出像面上像移速度矢的计算公式,对影响像移速度矢的11个参量进行误差分配,以及应用蒙特卡罗法(统计试验法)进行误差综合。该理论方法已得到了实际应用,从获得的遥感图像达到的分辨力、奈奎斯特(Nyquist)频率处的传递函数、信噪比和平均灰度层次均充分证明了该研究结果的正确性。     

激光非接触曲面面形传感器

提出一种用于空间自由曲面测量的激光非接触曲面面形传感器。该传感器结构简单，在光学原理上传感器的输出量与被测量成线性关系，接收物镜绕系统光轴３６０°接收目标面的漫射光，目标面的倾斜产生的影响很小，解决了困扰空间自由曲面测量中阴影效应、倾斜等问题。该传感器的测量范围为４ｍｍ，分辨率为２μｍ，当目标面（漫反射面和金属等镜面反射面）倾斜角为±８５°时，仍能保证２０μｍ的测量精度。     

基于光纤环形腔衰落的压力传感器研究

提出了一种基于光纤环形腔的压力传感器系统.利用两个耦合器和一段单模光纤组成光纤环形腔,用光纤Bragg光栅作为传感元件,将测量的压力转化为光波在环形腔传输所对应的的衰落时间.当所施加的压力改变时,可得到压力与衰落时间成正比例关系,与理论推导一致.基于这种原理的压力测量系统具有结构简单,测量方便的优点.     

一种测量大型原木内部水分的微型NMR 传感器

木材中的水分对木材的性能有着决定性的影响,目前测量木材水分的方法多适用于小型木材的检测．然而,当树木被砍伐后,在加工前希望了解其内部水分状态,因此需要一种方法来检测大型原木的水分．该文设计了一种微型核磁共振(NMR)传感器,该传感器为圆柱型结构（直径为 28 mm,长度为 60 mm）,测量区域位于传感器外侧,形成与传感器同轴的圆环．测量前,需在被测部位凿一个与传感器直径相当的孔．测量时传感器沿着孔壁测量即可获得对应位置的 NMR 参数信息．初步实验结果表明,该传感器可以分辨被测木材中自由水和束缚水的分布以及各部位水分的相对含量．

     

一种同时测量电流和温度的光纤光栅传感器

提出了一种基于光纤光栅法布里-珀罗干涉仪且可以同时测量交变电流和温度的传感器,并对其进行了理论分析和实验研究.该传感器采用单频激光入射,作为反射镜的一对光纤布喇格光栅自由放置,其间的法布里-珀罗腔粘贴在磁致伸缩材料上,通电导线周围的磁场通过磁致伸缩材料作用于光纤光栅法布里-珀罗腔,引起腔长周期性变化.同时,由于热膨胀和热光效应,环境温度的变化会引起光纤长度和折射率的改变,从而改变光纤光栅法布里-珀罗腔的反射光谱特性.通过检测输出光信号的频率和峰值可实现电流和温度的同时测量.对通电线圈的电流及环境温度进行测量的实验结果与理论分析相吻合.     

一种同时测量电流和温度的光纤光栅传感器

提出了一种基于光纤光栅法布里-珀罗干涉仪且可以同时测量交变电流和温度的传感器,并对其进行了理论分析和实验研究.该传感器采用单频激光入射,作为反射镜的一对光纤布喇格光栅自由放置,其间的法布里-珀罗腔粘贴在磁致伸缩材料上,通电导线周围的磁场通过磁致伸缩材料作用于光纤光栅法布里-珀罗腔,引起腔长周期性变化.同时,由于热膨胀和热光效应,环境温度的变化会引起光纤长度和折射率的改变,从而改变光纤光栅法布里-珀罗腔的反射光谱特性.通过检测输出光信号的频率和峰值可实现电流和温度的同时测量.对通电线圈的电流及环境温度进行测量的实验结果与理论分析相吻合.