【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有温度和惯性补偿元件的数字化风洞天平，属于风洞天平。
技术介绍
1、风洞天平是风洞实验中气动力测量的核心设备，能够精确测量作用在模型上的力和力矩，其性能指标直接影响风洞实验测量载荷的精准度。每个天平在正式投入使用前，都需要对其进行校准。风洞天平的校准分为动态校准和静态校准，静态校准则是获取天平公式，建立载荷与天平电压信号增量之间的关系；动态校准侧重于天平的动态特性，建立惯性加速度与天平电压信号增量之间的关系，目的是减小由惯性力引起的测量误差。校准的准确性直接影响到天平测量的精准度和不确定度，以及风洞实验数据的质量，是风洞天平的重要指标。
2、通常情况下，天平的电压信号增量和施加的载荷之间是一种固定的对应关系，但是在实际风洞实验中，实验马赫数、实验气压、实验时长等因素都会影响模型和天平与外流场之间的热传递，使天平温度分布发生显著变化，产生稳态温度效应和动态温度效应，若不能进行有效修正，会造成较大的实验误差，严重影响实验数据的可信度和可用性。动态校准能减小风洞实验中模型的运动和振动对天平信号产生影响，目前大多数研究机构采用的方法是滤波，但是滤波会把一些有用的信号一并滤除。
3、风洞天平在测量模型上所受的动态气动力和力矩的时候，力和力矩中包含风洞模型和天平浮动部分的惯性力和惯性力矩，现有静态修正方法和动态滤波方法都无法准确消除这部分惯性载荷的影响；风洞试验过程中天平温度及其分布梯度发生变化，会导致天平信号产生漂移和误差，现有温度补偿和修正技术无法有效解决这个问题。
4、上述这些因
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种具有温度和惯性补偿元件的数字化风洞天平，能够测量作用在模型上的力和力矩、天平温度、三轴加速度、角速度，在准确测量气动力的前提下，提供天平温度、三轴加速度、角速度数据用于天平多参数校准和动态气动载荷测量。
2、本专利技术的技术解决方案是：
3、一种具有温度和惯性补偿元件的数字化风洞天平，包括本体、测力模块、温度测量模块及三轴加速度和角速度测量模块；
4、所述本体为六分量杆式应变天平；
5、所述测力模块用于将作用在本体上的气动力和力矩转换为电压信号；
6、所述温度测量模块包括微控制器和多个温度传感器，各温度传感器分布在本体上的不同位置，测量所在位置表面处温度，并将温度数据传输至微控制器；
7、所述三轴加速度和角速度测量模块用于测量本体的三轴加速度和角速度并传输至微控制器。
8、进一步地，通过有限元分析，对本体的瞬态温度响应进行仿真，根据仿真结果在本体上沿着温度传导路径选择多个温差较大的位置作为温度测量模块的设置点。
9、进一步地，三轴加速度和角速度测量模块包括三轴加速度计和陀螺仪，分别测量本体的三轴加速度和角速度。
10、进一步地，微控制器、三轴加速度计和陀螺仪均布设在同一电路板上，电路板固定在本体上，微控制器通过导线连接各温度传感器。
11、进一步地，电路板上设有a/d转换模块，将温度传感器、三轴加速度计和陀螺仪获取的模拟信号转换成数字信号，并传输至外部计算机。
12、进一步地，电路板通过串口转usb设备与外部计算机进行串口通讯。
13、进一步地，温度传感器可选用lm35dz、da18b20或lm335温度传感器。
14、进一步地，微控制器可选用atmega8、atmega8a-au或atmega8l-8au微控制器。
15、进一步地，三轴加速度计和陀螺仪可选用imu惯导模块中的adis16501、mpu6800或mpu9250芯片。
16、本专利技术与现有技术相比的优点在于：
17、(1)本专利技术设计的数字化风洞天平可测量天平表面温度分布数据，可根据这些信息对天平的测量结果进行温度补偿。
18、(2)本专利技术设计的数字化风洞天平可测量天平三轴加速度和角速度数据，可根据这些信息对天平的测量结果进行惯性补偿。
19、(3)本专利技术设计的数字化风洞天平可将测量的模拟信号转换为数字信号进行传输，具有更高的抗干扰性和传输效率，便于后续的数据处理。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种具有温度和惯性补偿元件的数字化风洞天平，其特征在于，包括本体、测力模块、温度测量模块及三轴加速度和角速度测量模块；
2.根据权利要求1所述的具有温度和惯性补偿元件的数字化风洞天平，其特征在于，通过有限元分析，对本体的瞬态温度响应进行仿真，根据仿真结果在本体上沿着温度传导路径选择多个温差较大的位置作为温度测量模块的设置点。
3.根据权利要求1所述的具有温度和惯性补偿元件的数字化风洞天平，其特征在于，三轴加速度和角速度测量模块包括三轴加速度计和陀螺仪，分别测量本体的三轴加速度和角速度。
4.根据权利要求1所述的具有温度和惯性补偿元件的数字化风洞天平，其特征在于，微控制器、三轴加速度计和陀螺仪均布设在同一电路板上，电路板固定在本体上，微控制器通过导线连接各温度传感器。
5.根据权利要求4所述的具有温度和惯性补偿元件的数字化风洞天平，其特征在于，电路板上设有A/D转换模块，将温度传感器、三轴加速度计和陀螺仪获取的模拟信号转换成数字信号，并传输至外部计算机。
6.根据权利要求4所述的具有温度和惯性补偿元件的数字化风洞天平，
7.根据权利要求1所述的具有温度和惯性补偿元件的数字化风洞天平，其特征在于，测力模块包括三个气动力和三个气动力矩的测量电桥和附属电路。
8.根据权利要求1所述的具有温度和惯性补偿元件的数字化风洞天平，其特征在于，温度传感器选用LM35DZ、DA18B20或LM335温度传感器。
9.根据权利要求1所述的具有温度和惯性补偿元件的数字化风洞天平，其特征在于，微控制器选用ATmega8、ATmega8A-AU或ATmega8L-8AU微控制器。
10.根据权利要求1所述的具有温度和惯性补偿元件的数字化风洞天平，其特征在于，三轴加速度计和陀螺仪选用IMU惯导模块中的ADIS16501、MPU6800或MPU9250芯片。
...【技术特征摘要】
1.一种具有温度和惯性补偿元件的数字化风洞天平，其特征在于，包括本体、测力模块、温度测量模块及三轴加速度和角速度测量模块；
2.根据权利要求1所述的具有温度和惯性补偿元件的数字化风洞天平，其特征在于，通过有限元分析，对本体的瞬态温度响应进行仿真，根据仿真结果在本体上沿着温度传导路径选择多个温差较大的位置作为温度测量模块的设置点。
3.根据权利要求1所述的具有温度和惯性补偿元件的数字化风洞天平，其特征在于，三轴加速度和角速度测量模块包括三轴加速度计和陀螺仪，分别测量本体的三轴加速度和角速度。
4.根据权利要求1所述的具有温度和惯性补偿元件的数字化风洞天平，其特征在于，微控制器、三轴加速度计和陀螺仪均布设在同一电路板上，电路板固定在本体上，微控制器通过导线连接各温度传感器。
5.根据权利要求4所述的具有温度和惯性补偿元件的数字化风洞天平，其特征在于，电路板上设有a/d转换模块，将温度传感器、三轴加速度计和陀螺...
【专利技术属性】
技术研发人员：马洪强，王圣友，张娜，刘森，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。