一種低速風(fēng)洞內(nèi)的超聲精確測距系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)洞試驗領(lǐng)域，尤其是涉及一種低速風(fēng)洞內(nèi)的超聲精確測距系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 低速風(fēng)洞由洞體、模型支撐系統(tǒng)、數(shù)據(jù)測量處理系統(tǒng)和動力系統(tǒng)等組成，而模型位 置和姿態(tài)的測量是模型支撐系統(tǒng)和數(shù)據(jù)測量處理系統(tǒng)的主要組成部分，其精準度是保證風(fēng) 洞試驗數(shù)據(jù)準確性的重要環(huán)節(jié)。目前常用的模型位置和姿態(tài)測量方法包括間接測量和非接 觸直接測量等，而空間距離的準確測量作為低速風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ臀恢煤妥藨B(tài)測量的基礎(chǔ)，其 測量的精準度對模型位置和姿態(tài)的測量精度至關(guān)重要。
[0003] 超聲波是一種機械波，超聲波又稱超聲，屬于聲波，是指頻率高于20kHz的聲波。目 前，超聲在氣體和流體中的傳播理論比較成熟，應(yīng)用主要包括檢測超聲、功率超聲和醫(yī)學(xué)超 聲等。其中超聲檢測是利用超聲的傳播和信息載體特性，通過一定的手段提取出反映媒質(zhì) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)或者媒質(zhì)本身特性的信息，達到檢測內(nèi)部結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)缺陷、測量物體幾何尺寸和 媒質(zhì)物理性能參數(shù)的目的。如超聲探傷、超聲測厚、超聲測物位、超聲測距等。超聲測距是通 過測量超聲波在媒質(zhì)中某一空間傳播的時間和該媒質(zhì)中的聲速來確定被測空間距離的一 種超聲檢測技術(shù)。超聲測距方法包括相位檢測法、聲波幅值檢測法和渡越時間法等，目前超 聲測距一般使用渡越時間法。渡越時間法又包括直接測量法和反射測量法。這些測量方法 在使用過程中，一般都將聲速作為常量處理。但實際上，聲速會隨著傳播介質(zhì)的密度、溫度、 壓力和濕度等條件的變化發(fā)生一定的變化，這樣就會由于聲速的變化導(dǎo)致測量結(jié)果的誤 差，從而降低測量精度。另外由于在低速風(fēng)洞中作為傳播介質(zhì)的空氣有一定流速，聲波傳播 過程中的多普勒效應(yīng)會對超聲測距結(jié)果帶來誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種低速風(fēng)洞內(nèi)的超聲精確測距系統(tǒng)，避免低速風(fēng)洞試驗段 內(nèi)氣流速度、密度、溫度、壓力和濕度等對超聲測距的影響。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種低速風(fēng)洞內(nèi)的超聲精確測距系統(tǒng)，包括控制器和超聲傳感器一 (BD、超聲傳 感器二(B2)、超聲傳感器三(S)、超聲傳感器四（BD、超聲傳感器五(P」），其中超聲傳感器一 (B〇、超聲傳感器二(B 2)固定設(shè)置在風(fēng)洞內(nèi)壁上，另外一只超聲傳感器三(S)為移動端設(shè)置 在風(fēng)洞內(nèi)，超聲傳感器四()、超聲傳感器五(P」)各自固定設(shè)置在兩個被測物體上，所述被 測物體置于風(fēng)洞內(nèi)，所述五只超聲傳感器均為收發(fā)一體式傳感器，所述五只超聲傳感器的 信號輸出端各自連接到控制器；
[0007] 所述系統(tǒng)采用測距方法由差距法和雙向探測法兩部分組成，如下：
[0008] 差距法
[0009] 通過常規(guī)方法測得兩只固定設(shè)置在風(fēng)洞內(nèi)壁上的超聲傳感器一 (B〇、超聲傳感器 二(B2)之間的距離d;
[0010] 超聲波換能器向風(fēng)洞內(nèi)發(fā)射超聲波，控制器采集超聲波從超聲傳感器三(S)發(fā)射 到超聲傳感器一 (B〇的接收時長為t，控制器采集超聲波從超聲傳感器一 (BJ發(fā)射到超聲 傳感器三(S)的接收時長為t/ ;
[0011] 通過超聲傳感器三（s)的移動，控制器采集超聲傳感器三（s)移動的距離d2，然后 由控制器采集超聲波從超聲傳感器三(S)發(fā)射超聲波到超聲傳感器一 (Bi)的接收時長為t2， 制器采集超聲波從超聲傳感器一 (BD發(fā)射到超聲傳感器三(S)的接收時長為t/;
[0012] 控制器采集超聲波從超聲傳感器二(B2)發(fā)射到超聲傳感器一 (Bd的接收時長為t， 控制器采集超聲波從超聲傳感器一(B〇發(fā)射到超聲傳感器二(B2)的接收時長為V ;
[0013]通過計算可得到：
[0015] 而實時聲速c為：
[0017] 雙向探測法
[0018] 設(shè)置在被測物體上的超聲傳感器四（B〇、超聲傳感器五(PJ相互發(fā)射超聲波，控制 器采集超聲波由Bi發(fā)射到Pj接收的時長為tju，超聲波由Pj發(fā)射到Bi接收的時長為t ji2超聲 傳感器Bi和傳感器Pj間的距離記為dji，
[0019] 通過計算可得到
[0021]在上述技術(shù)方案中，所述超聲傳感器三(S)在風(fēng)洞內(nèi)沿直線移動。
[0022] 在上述技術(shù)方案中，所述超聲傳感器一(BJ、超聲傳感器三(S)和移動后的超聲傳 感器三(S)在同一直線上。
[0023] 在上述技術(shù)方案中，所述每兩個超聲傳感器之間的測量需分時測量，即從接受到 發(fā)射逐個測量。
[0024] 在上述技術(shù)方案中，所述超聲波換能器發(fā)出的超聲波具有一定寬度的等幅余弦 波。
[0025] 在上述技術(shù)方案中，所述超聲測距時超聲波傳播時長采樣的周期為風(fēng)洞低頻脈動 的整周期。
[0026] 在上述技術(shù)方案中，超聲測距時超聲波傳播時長采樣的頻率為工頻的整數(shù)倍。
[0027] 綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：
[0028] 聲速容易受到環(huán)境條件如密度、溫度、壓力和濕度等的影響發(fā)生變化，而一般情況 下聲速作為常量處理，這會引起相應(yīng)的誤差。本發(fā)明中，通過采用差距法實現(xiàn)低速風(fēng)洞內(nèi)聲 速的實時測量，避免了將聲速作為常數(shù)處理引起的誤差；
[0029] 本發(fā)明中，利用雙向探測法獲得低速風(fēng)洞試驗段內(nèi)兩物體的空間距離，避免了低 速風(fēng)洞試驗段內(nèi)空氣流速(會產(chǎn)生多普勒效應(yīng))等對測距結(jié)果的影響，提高了測量的精度；
[0030]本發(fā)明中，采用了非接觸測量手段，避免了測量儀器對低速風(fēng)洞試驗段流場和試 驗環(huán)境的影響，對提高試驗效率和數(shù)據(jù)的準確性有益處。
【附圖說明】
[0031 ]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：
[0032] 圖1是差距法原理圖；
[0033] 圖2是雙向探測法原理圖。
【具體實施方式】
[0034] 本發(fā)明由兩部分內(nèi)容組成：一是采用差距法獲得低速風(fēng)洞試驗段內(nèi)的實時聲速； 二是利用測量到的實時聲速，采用雙向探測法獲得低速風(fēng)洞試驗段內(nèi)待測的兩物體間的精 確空間距離。為了實現(xiàn)這兩部分功能，超聲傳感器一 (BD、超聲傳感器二(B2)、超聲傳感器三 (S)、超聲傳感器四（B〇、超聲傳感器五(PJ，其中超聲傳感器一(B〇、超聲傳感器二(B2)固 定設(shè)置在風(fēng)洞內(nèi)壁上，另外一只超聲傳感器三(S)為移動端設(shè)置在風(fēng)