一種氣流流速流向?qū)崟r監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣流流速流向?qū)崟r監(jiān)測裝置，該裝置包括氣流桿，連接柱，關(guān)節(jié)軸承、底座，多個拉伸彈簧，二維PSD位移傳感器，以及數(shù)據(jù)處理器，連接柱內(nèi)設有激光驅(qū)動模塊、激光二極管和準直透鏡；工作時，氣流桿在氣流的推動下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，帶動連接柱沿關(guān)節(jié)軸承內(nèi)球的中心發(fā)生轉(zhuǎn)動，并朝向與氣流流動相同的方向；連接柱內(nèi)的激光二極管發(fā)射的激光，到達準直透鏡，經(jīng)準直處理后散射的激光匯聚形成一個激光束，通過導光孔投射到二維PSD位移傳感器，二維PSD位移傳感器得到光斑中心的位置信息，并提供給數(shù)據(jù)處理器；數(shù)據(jù)處理器根據(jù)光斑中心的位置信息計算得到氣流速度和方向。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，對氣流擾動小。
【專利說明】-種氣流流速流向?qū)崟r監(jiān)測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于氣流測量領(lǐng)域，涉及一種氣流流速流向?qū)崟r監(jiān)測裝置，具體是采用光 電技術(shù)實現(xiàn)實時測量氣流的流速和流向。

【背景技術(shù)】
[0002] 在一些特殊環(huán)境的氣流測量領(lǐng)域，如濕度較大的水汽兩相流、海面氣象監(jiān)測預告、 風洞實驗室、高空高速氣流監(jiān)測等，W及其他一些需要實時監(jiān)測氣流流速流向等流場信息 的情況，目前主要采用成像測量方法或旋轉(zhuǎn)測量法，但由于成像測量受限于被測區(qū)域體積 的限制，并受制于環(huán)境的透光度等因素的影響，不能用于大面積、復雜曲面、不規(guī)則空間的 環(huán)境的氣流流場的監(jiān)測，旋轉(zhuǎn)測量法機構(gòu)構(gòu)型較大，安裝復雜，不適于復雜表面等特殊環(huán)境 的測量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)上的問題，本發(fā)明提出了一種氣流流速流向?qū)崟r監(jiān)測裝置，該 裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，對氣流擾動小的特點。
[0004] 本發(fā)明提供的一種氣流流速流向?qū)崟r監(jiān)測裝置，其特征在于，該裝置包括氣流桿， 連接柱，關(guān)節(jié)軸承、底座，n個拉伸彈黃，二維PSD位移傳感器，W及數(shù)據(jù)處理器；n取值范圍 為3至8;
[0005] 氣流桿為空也封閉圓柱狀，并固定在連接柱上，氣流桿和連接柱中也軸線重合，關(guān) 節(jié)軸承為由關(guān)節(jié)軸承內(nèi)球和關(guān)節(jié)軸承外環(huán)構(gòu)成的自潤滑關(guān)節(jié)軸承；連接柱穿過并固定在關(guān) 節(jié)軸承內(nèi)球上，連接柱的中也位置與關(guān)節(jié)軸承內(nèi)球的球也重合，關(guān)節(jié)軸承外環(huán)固定在底座 的頂端，連接柱下端安裝n個固定環(huán)，n個固定環(huán)均勻分布在連接柱下端，并分別與n個相 同的拉伸彈黃的一端相連，n個拉伸彈黃的另一端分別與底座的內(nèi)壁固定相連，并呈均勻分 布；
[0006] 連接柱內(nèi)設有激光驅(qū)動模塊、激光二極管和準直透鏡，激光二極管安裝在套管的 上部，并與位于套管的頂端的激光驅(qū)動模塊電連接，準直透鏡安裝在套管的下部，套管底端 設有導光孔，二維PSD位移傳感器固定在導光孔下方，二維PSD位移傳感器與數(shù)據(jù)處理器電 信號連接，信號傳輸接口的一端與數(shù)據(jù)處理器電連接，另一端伸出至底座外；
[0007] 工作時，氣流桿在氣流的推動下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，帶動連接柱沿關(guān)節(jié)軸承內(nèi)球的中也發(fā) 生轉(zhuǎn)動，并朝向與氣流流動相同的方向；連接柱內(nèi)的激光二極管發(fā)射的激光，到達準直透 鏡，經(jīng)準直處理后散射的激光匯聚形成一個激光束，通過導光孔投射到二維PSD位移傳感 器，二維PSD位移傳感器得到光斑中也的位置信息，并提供給數(shù)據(jù)處理器；數(shù)據(jù)處理器根據(jù) 光斑中也的位置信息計算得到氣流速度和方向。
[0008] 作為上述技術(shù)方案的改進，數(shù)據(jù)處理器按照式I和式II計算獲得氣流流速流向：
[0009] 平面投影坐標為P (X，y)，L為氣流桿的長度，1為連接桿的長度，P為氣體密度， A為氣流在氣流桿上的作用面積，Cd為作為氣流桿的拖拽力系數(shù)，i表示拉伸彈黃的序號，i 的取值為1，2, 3,…，n，fh表示拉伸彈黃i的拉力在X軸上的分量，fiy表示拉伸彈黃i的 拉力在y軸上的分量；
[0010] 氣流速度V為：

【權(quán)利要求】
1. 一種氣流流速流向?qū)崟r監(jiān)測裝置，其特征在于，該裝置包括氣流桿，連接柱，關(guān)節(jié)軸 承、底座，η個拉伸彈簧，二維PSD位移傳感器，以及數(shù)據(jù)處理器；η取值范圍為3至8 ;; 氣流桿為空心封閉圓柱狀，并固定在連接柱上，氣流桿和連接柱中心軸線重合，關(guān)節(jié)軸 承為由關(guān)節(jié)軸承內(nèi)球和關(guān)節(jié)軸承外環(huán)構(gòu)成的自潤滑關(guān)節(jié)軸承；連接柱穿過并固定在關(guān)節(jié)軸 承內(nèi)球上，連接柱的中心位置與關(guān)節(jié)軸承內(nèi)球的球心重合，關(guān)節(jié)軸承外環(huán)固定在底座的頂 端，連接柱下端安裝η個固定環(huán)，η個固定環(huán)均勻分布在連接柱下端，并分別與η個相同的 拉伸彈簧的一端相連，η個拉伸彈簧的另一端分別與底座的內(nèi)壁固定相連，并呈均勻分布； 連接柱內(nèi)設有激光驅(qū)動模塊、激光二極管和準直透鏡，激光二極管安裝在套管的上部， 并與位于套管的頂端的激光驅(qū)動模塊電連接，準直透鏡安裝在套管的下部，套管底端設有 導光孔，二維PSD位移傳感器固定在導光孔下方，二維PSD位移傳感器與數(shù)據(jù)處理器電信號 連接，信號傳輸接口的一端與數(shù)據(jù)處理器電連接，另一端伸出至底座外； 工作時，氣流桿在氣流的推動下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，帶動連接柱沿關(guān)節(jié)軸承內(nèi)球的中心發(fā)生轉(zhuǎn) 動，并朝向與氣流流動相同的方向；連接柱內(nèi)的激光二極管發(fā)射的激光，到達準直透鏡，經(jīng) 準直處理后散射的激光匯聚形成一個激光束，通過導光孔投射到二維PSD位移傳感器，二 維PSD位移傳感器得到光斑中心的位置信息，并提供給數(shù)據(jù)處理器；數(shù)據(jù)處理器根據(jù)光斑 中心的位置信息計算得到氣流速度和方向。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣流流速流向?qū)崟r監(jiān)測裝置，其特征在于，數(shù)據(jù)處理器按照 式I計算獲得氣流流速： 平面投影坐標為P(X，y)，L為氣流桿的長度，1為連接桿的長度，p為氣體密度，A為氣 流在氣流桿上的作用面積，CdS作為氣流桿的拖拽力系數(shù)，i表示拉伸彈簧的序號，i的取 值為1，2, 3,…，n，fix表不拉伸彈簧i的拉力在X軸上的分量； 氣流速度V為：
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣流流速流向?qū)崟r監(jiān)測裝置，其特征在于，數(shù)據(jù)處理器按照 式Π計算獲得氣流流向： 設激光光斑的中心位置為Ppsd (Xt，yt)，Opsd為氣流桿在靜止位置未受氣流沖擊情況下連 接柱的中心軸線在二維PSD位移傳感器測量平面的投影;流動方向同向量OpsdPpM相反， 即以直角坐標系fOpsdV的V軸正向為起始邊，夾角Θ為
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的氣流流速流向?qū)崟r監(jiān)測裝置，其特征在于，所述套管 由銅質(zhì)散熱管和不銹鋼套管構(gòu)成，起散熱和固定作用，二維PSD位移傳感器通過支架固定 在導光孔下方，并通過PSD傳感器信號線與數(shù)據(jù)處理器電信號連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣流流速流向?qū)崟r監(jiān)測裝置，其特征在于，多個所述監(jiān)測 裝置按陣列布置，用于形成完整的測量曲面，實時監(jiān)測環(huán)境中的氣流流場變化情況。
【文檔編號】G01P13/00GK104237555SQ201410430553
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】陳學東, 朱連利 申請人:華中科技大學