一种基于低频交流放电的风速计、标定装置及标定方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于低频交流放电的风速计，包括顺序串联的交流数控可调激励、负反馈耦合电路模块、风速探针模块和数据采集与处理模块，所述交流数控可调激励用于持续准确地输出所需交流放电电压；负反馈耦合电路模块连接在交流数控可调激励与风速探针模块之间，用于提供一个有效的控制放电发展过程的负反馈；所述数据采集与处理模块用于采集串联回路电流并显示放电回路电流波形和回路电流有效值。此种风速计可在空气中准确测量风速，以解决先前风速计测量精度差、易受温度影响、风速测量范围小的问题。本发明专利技术还公开一种基于低频交流放电的风速计标定装置及标定方法，其可标定出风速值与交流放电回路电流有效值之间的对应关系。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于流体测量
，特别涉及一种基于低频交流放电的风速计，以及所述风速计的标定装置及标定方法。
技术介绍
风速测量是一个值得长期研究和探索的课题，并且在航空、航天、气象以及军事等诸多领域得到了广泛的运用。早期的风速测量仪器包含旋翼或杯型机械式风速仪，后来又出现了皮托管风速仪和压电式风速计。但是，由于体积庞大、测量精度差、易受温度影响、风速测量范围小，这些风速计无法满足小型化、高精度、适应高温高速的测量环境等应用需求。因此研究者们尝试使用新的测量技术在严苛的环境下对不同风速进行准确可靠的测量。中国专利申请号201510885873.X公布了一种基于微机械耦合器和间接式功率传感器的风速计。该传感器包括衬底、共面波导传输线、微机械耦合器以及间接式功率传感器部分，共面波导传输线生长在衬底表面，悬臂梁耦合器悬于共面波导传输线的信号线上方，中间为绝缘介质层和空气，与共面波导的信号线形成微机械耦合器。悬臂梁的锚区位于另外一段共面波导的中心信号线上，将耦合的微波功率传输到利间接式功率传感器，最终通过间接式功率传感器的直流输出电压计算出风速大小。该风速计体积小、功耗低，但是仍存在易受温度影响、风速测量范围小的缺陷。空气交流放电等离子体兼具导体和流体双重特性，是其可应用于流场测量的物理基础，也正是等离子体的电特性和流体特性使借助其感受流场信息成为可能。在空气流场作用下，等离子体等效导纳变化和放电间隙中带电粒子“逃逸”将会导致宏观电信号量(如电流、电压等)变化，测量系统根据宏观电信号量变化可以获取空气流场信息，依据以上原理可以实现空气中风速的测量。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于提供一种基于低频交流放电的风速计，其可在空气中准确测量风速，以解决先前风速计测量精度差、易受温度影响、风速测量范围小的问题，可以广泛地应用在航空、航天、气象以及军事等诸多领域。本专利技术的再一目的，在于提供一种基于低频交流放电的风速计标定装置及标定方法，其可标定出风速值与交流放电回路电流有效值之间的对应关系。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一种基于低频交流放电的风速计，包括顺序串联的交流数控可调激励、负反馈耦合电路模块、风速探针模块和数据采集与处理模块，所述交流数控可调激励用于持续准确地输出所需交流放电电压；负反馈耦合电路模块连接在交流数控可调激励与风速探针模块之间，用于提供一个有效的控制放电发展过程的负反馈；所述数据采集与处理模块用于采集串联回路电流并显示放电回路电流波形和回路电流有效值。上述风速探针模块包括金属探针、探针固定架、固定薄片、探针间隙标尺和可滑动薄片，探针间隙标尺平行固定于探针固定架上；固定薄片由耐高温绝缘塑料材料制成，且固定薄片固定于探针间隙标尺的0mm处；可滑动薄片由耐高温绝缘塑料材料制成，且可滑动薄片设于探针间隙标尺上并能够在探针间隙标尺上自由滑动；金属探针有两根，一根垂直安放在探针固定架与固定薄片之间，另一根垂直安放在探针固定架与可滑动薄片之间；所述金属探针的放电端附近还涂覆有耐高温涂料。上述负反馈耦合电路模块包括高压端模块和低压端模块，高压端模块串接在流数控可调激励高压端与风速探针模块之间，低压端模块串接在交流数控可调激励接地端与风速探针模块之间。上述高压端模块包括相互串联的第一电阻和第一电容，低压端模块包括相互串联的第二电阻和第二电容。上述数据采集与处理模块包括测量电阻、多功能信号采集卡和上位机，多功能信号采集卡与测量电阻并联，并且通过数据接口与上位机相连；测量电阻串联于交流放电回路，多功能信号采集卡采集测量电阻上的电压值并送入上位机；上位机将采集到的电压值转换为电流值，并且实时显示出时间—电流的波形图，同时实时显示出电流有效值。一种基于低频交流放电的风速计标定装置，包括风速可调设备，所述风速可调设备包括风速喷嘴和空气压缩机，风速喷嘴与空气压缩机之间通过密封通气管紧密相连，而风速喷嘴的出风口与两根金属探针间空气间隙平行放置。一种基于低频交流放电的风速计标定方法，首先调节两根金属探针之间的间隙，直至二者到达放电合适距离，并取定负反馈耦合电路模块的参数，再控制交流数控可调激励向风速探针模块输出持续可调电压，直至风速探针模块处产生稳定的交流放电；在放电回路电流稳定后，记录下数据采集与处理模块测量的放电回路电流有效值；然后在参数不变的情况下，稳定交流放电时通过风速可调设备向金属探针空气间隙区域供风，在风速达到稳定并且交流放电回路电流也稳定后，记录下测量的放电回路电流有效值与风速可调设备所供的风速值；装置参数不变，通过风速可调设备小幅度地改变风速值后，多次重复上面的操作过程，操作结束后记录下风速值和测得的电流有效值，最后根据所得的多组数据标定出风速值与交流放电回路电流有效值之间的对应关系；倘若在装置参数一致且都能实现稳定交流放电的前提下标定出的风速值范围较小，则需要改变金属探针之间间隙大小或者改变负反馈耦合电路模块的参数或者调节交流数控可调激励的输出电压和频率，在调整过参数之后再次重复上述流程，标定出另一组风速值与交流放电回路电流有效值之间的对应关系，直到标定出理想的风速值范围。采用上述方案后，本专利技术的风速计可以在相对苛刻的测量环境下精确地测量风速，具有广阔的应用前景。该风速计具有如下特点：动态频响较高，工作状态稳定；风速探针模块体积小，适用领域广；装置对温度不敏感，校准简单；允许不接触测量；安装使用方便，操作简单，实用性强等特点。可以有效地解决先前风速计测量精度差、易受温度影响、风速测量范围小的问题。附图说明图1是本专利技术中风速探针模块的结构简图；图2是本专利技术中交流数控可调激励的结构简图；图3是本专利技术中风速可调设备的结构简图；图4是本专利技术中数据采集与处理模块的结构简图；图5是本专利技术中风速计与标定装置配合使用的结构示意图；图6是本专利技术中风速计的结构示意图；图7是标定阶段分别在无风速和风速为3m/s时风速计的电流波形图；图8是标定阶段标定的部分风速值与风速计电流有效值之间的对应关系图。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。如图6所示，本专利技术提供一种基于低频交流放电的风速计，包括顺序串联的交流数控可调激励、负反馈耦合电路模块、风速探针模块和数据采集与处理模块，组成交流放电回路，下面分别介绍。如图2所示，所述交流数控可调激励7由上位机控制，作为风速计的高压输出电源，数控调压能够持续准确地输出所需交流放电电压，所编写的上位机程序可以实时并精准地控制电压和频率的输出。该交流数控可调激励属于一种高电压低频放电电源，操作简单方便，调压时间短且效率高，对于提高测量结果的精度具有重要作用。采用上位机程序控制的交流数控可调激励与负反馈耦合电路模块、风速探针模块、数据采集与处理模块串联组成交流放电回路后，在输出电压时，金属探针1间隙空气在高压作用下发生电离，产生带电粒子，粒子间不断发生碰撞，产生更多的粒子，相比于直流而言，交流放电粒子间碰撞更加频繁，电离程度得到提高，击穿电压有所降低。负反馈耦合电路模块连接在交流数控可调激励7与风速探针模块之间，用于提供一个有效的控制放电发展过程的负反馈，所述负反馈耦合电路模块包括高压端模块13和低压端模块14，配合图6所示，高压端模块13包括相互串联的电阻R1和电容C1，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于低频交流放电的风速计，其特征在于：包括顺序串联的交流数控可调激励、负反馈耦合电路模块、风速探针模块和数据采集与处理模块，所述交流数控可调激励用于持续准确地输出所需交流放电电压；负反馈耦合电路模块连接在交流数控可调激励与风速探针模块之间，用于提供一个有效的控制放电发展过程的负反馈；所述数据采集与处理模块用于采集串联回路电流并显示放电回路电流波形和回路电流有效值。

【技术特征摘要】
1.一种基于低频交流放电的风速计，其特征在于：包括顺序串联的交流数控可调激励、负反馈耦合电路模块、风速探针模块和数据采集与处理模块，所述交流数控可调激励用于持续准确地输出所需交流放电电压；负反馈耦合电路模块连接在交流数控可调激励与风速探针模块之间，用于提供一个有效的控制放电发展过程的负反馈；所述数据采集与处理模块用于采集串联回路电流并显示放电回路电流波形和回路电流有效值。2.如权利要求1所述的一种基于低频交流放电的风速计，其特征在于：所述风速探针模块包括金属探针、探针固定架、固定薄片、探针间隙标尺和可滑动薄片，探针间隙标尺平行固定于探针固定架上；固定薄片由耐高温绝缘塑料材料制成，且固定薄片固定于探针间隙标尺的0mm处；可滑动薄片由耐高温绝缘塑料材料制成，且可滑动薄片设于探针间隙标尺上并能够在探针间隙标尺上自由滑动；金属探针有两根，一根垂直安放在探针固定架与固定薄片之间，另一根垂直安放在探针固定架与可滑动薄片之间；所述金属探针的放电端附近还涂覆有耐高温涂料。3.如权利要求1所述的一种基于低频交流放电的风速计，其特征在于：所述负反馈耦合电路模块包括高压端模块和低压端模块，高压端模块串接在流数控可调激励高压端与风速探针模块之间，低压端模块串接在交流数控可调激励接地端与风速探针模块之间。4.如权利要求3所述的一种基于低频交流放电的风速计，其特征在于：所述高压端模块包括相互串联的第一电阻和第一电容，低压端模块包括相互串联的第二电阻和第二电容。5.如权利要求1所述的一种基于低频交流放电的风速计，其特征在于：所述数据采集与处理模块包括测量电阻、多功能信号采集卡和上位机，多功能信号采集卡与测量电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：于兵，袁培，马晓东，申恩玉，舒文君，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32