CN101545819B - 一种测量旋转体表压时标定pvdf电压系数的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量旋转体表压时标定PVDF电压系数的方法，在旋转体中心线上安装PVDF传感器；根据PVDF传感器输出电压在紧贴PVDF传感器处试装应变片并固定；用动态应变仪施加应变片正弦交变电压，得到M个f频率下N个电压点的应变片电压、PVDF传感器输出电压和电压系数：测量旋转体表压的频率和电压；在测量频率等于标定频率条件下，确定标定电压系数KfN；PVDF传感器输出电压＝VfN测量×KfN；重复上述步骤再计算出其它频率下的输出电压从而定量得到PVDF传感器输出电压。本发明取得了定量的数据，而且标定方法简单实用、成本低廉，效率较高。

Description

一种测量旋转体表压时标定PVDF电压系数的方法
技术领域
本发明涉及测量技术领域，尤其是一种测量旋转体表压时标定PVDF电压系数的方法。
背景技术
螺旋桨表面压力的静态特性可以通过各种方法测量。当螺旋桨旋转，且螺旋桨中间体积不足以安装采集记录设备时，则测量比较困难。目前，测量旋转体表压有以下方法：
一、使用传统模拟式集流环的方法，存在以下问题：1、集流环摩擦寿命有限而且输出的是模拟信号，采集误差大；2、集流环会引起接触噪声，噪声又会影响测试精度。
二、用压电陶瓷材料制造的动态压力传感器来测量旋转体表压方法，存在以下问题：1、传感器需要提供电源，这样会增加电源供电容量；2、必须考虑传感器的量程，超过量程易损坏；3、传感器价格昂贵；4、压电陶瓷传感器重量会对旋转体测量有影响。
三、用PVDF传感器测量，PVDF传感器即聚偏氟乙烯材料传感器，具有灵敏度高、非常轻薄、耐冲击、频响范围宽、成本低的特点，另外PVDF材料传感器测量压力范围宽，不易损坏，不需要给传感器提供电源。由于以上特点用PVDF传感器测量旋转体表压非常理想，但是对PVDF标定存在以下问题：现有公开技术对PVDF的标定一般采用激光干涉仪法，扫描探针显微镜法，垂直加载法等，以上标定法要求标定PVDF传感器的面积＞＝20mm×20mm。但是当PVDF传感器直径＞10mm后，容易受到旋转体转速增加气流的干扰，使PVDF传感器积累电荷减少，使得各频率点的电压系数不是线性的，无法反映真实旋转体表压。因此，一般测量旋转体的PVDF传感器直径＜5mm。这样一来，用测量旋转体表压的PVDF传感器只能作为定性了解，不能定量测量、计算和实际应用。因此，对于测量旋转体表压的PVDF传感器无法用现有的标定法进行标定。
发明内容
为了克服现有技术测量旋转体表压时PVDF传感器不能定量测量和计算的不足，本发明提供了一种测量旋转体表压时标定PVDF电压系数的方法，能够通过标定PVDF电压的方法定量的测量旋转体表压，标定方法简单实用、成本低廉。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括下述步骤：
步骤一：在旋转体中心线上安装Φ3mm-Φ5mm的PVDF传感器。
步骤二：在紧贴PVDF传感器周围1-2mm处试装应变片，选择试装应变片最佳安装位置：用动态应变仪施加给应变片的输出频率是5Hz-400Hz，动态应变仪施加给应变片的输出电压是应变片最大输入电压的90％，测量PVDF传感器输出电压。不断改变应变片的位置，当PVDF传感器出现最大输出电压时，确定该位置，安装应变片并将其固定。
步骤三：标定PVDF传感器在不同频率下多个电压系数：固定动态应变仪输出频率，改变其输出电压从低向高增加，同时测量PVDF传感器输出电压。
标定电压系数的具体步骤是：用动态应变仪施加应变片正弦交变电压，在频率0Hz-300Hz频率之间选择M个(M是任意自然数)频率点，在任意一个频率点f，在0-15V范围内选择N个点改变动态应变仪的输出电压，每个点之间的电压变化率为0.2～0.6V，测量PVDF传感器输出电压，分别得到N个点的应变片电压、PVDF传感器输出电压和电压系数，电压系数计算公式是：KfN＝VfN 应变片/VfN PVDF。其中：KfN是在f频率下共有N个点的电压系数，VfN应变片是在f频率下共有N个点的应变片的电压，VfN PVDF是在f频率下共有N个点的PVDF传感器输出电压。分别将KfN、VfN应变片、VfN PVDF通过放大器和AD转换器存入计算机中。改变频率点，重复上述步骤标定出M组个电压系数。标定M组电压系数后，去掉应变片。
步骤四：旋转体在运转时进入测量过程，PVDF传感器将实时测量得到的旋转体表压的频率和电压值放入计算机中。旋转体表压的频率是由于旋转体气流和外界气流对旋转体表压产生交变频率。
步骤五：分别计算不同频率下的PVDF传感器输出电压：在计算机中查标定频率f＝测量频率f，取f组(有N个电压系数)中符合VfN 测量≈VfN PVDF条件(精确到小数点后面二位)的一个标定电压系数KfN。PVDF传感器输出电压计算公式是：VfN PVDF＝VfN 测量×KfN。其中：VfN PVDF是f频率下PVDF传感器的输出电压，VfN 测量是f频率下PVDF传感器测量电压值，KfN是标定时在f频率下有一组N个点中可符合VfN 测量≈VfN PVDF(精确到小数点后面二位)的一个标定电压系数。重复上述步骤再计算出其它频率下的输出电压从而定量得到PVDF传感器输出电压。
本发明的有益效果是：针对现有的标定法无法标定PVDF传感器的缺陷，由于采用了测量旋转体表压标定PVDF电压系数的方法，克服了只能用PVDF传感器测量定性了解，不能定量和计算的问题，取得了定量的数据，而且标定方法简单实用、成本低廉，效率较高。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
附图1是本发明标定PVDF压力系数硬件方框原理图
附图2是本发明步骤流程图。
具体实施方式
本系统硬件如图1所示，包括旋转体、PVDF传感器、动态应变仪、应变片、放大器和AD转换器、计算机。PVDF传感器和应变片安装在旋转体表面，PVDF传感器通过放大器和AD转换器连接计算机，计算机通过动态应变仪连接应变片。
方法实施例1：
如图2所示，本发明包括以下步骤：
1、在旋转体上安装Φ3mm PVDF传感器。
2、在紧贴PVDF传感器周围1-2mm处试装应变片，试装应变片选择最佳标定位置：用动态应变仪施加给应变片的输出频率是100Hz、施加给应变片0.9倍的应变片最大输出电压。同时测量PVDF传感器输出电压。沿旋转体轴线位置距PVDF传感器1mm出现最大输出电压时，安装应变片并将其固定。
3、标定PVDF传感器在不同频率下多个电压系数：固定动态应变仪输出频率改变输出电压从低向高增加，同时测量PVDF传感器输出电压。
标定电压系数具体步骤是：用动态应变仪施加应变片正弦交变电压，其频率0Hz-300Hz频率上选择300个频率点，恒定频率改变电压输出0-15V，选择32个点，电压变化率＝0.5V，分别得到32个点的应变片电压、PVDF传感器电压和电压系数，每一个点的电压系数计算公式是：KfN＝VfN 应变片/VfN PVDF。其中：KfN是在f频率下共有32个点的电压系数，VfN 应变片是在f频率下共有32个点的应变片的电压，VfN PVDF是在f频率下共有32个点的PVDF传感器输出电压。分别将KfN、VfN 应变片、VfN PVDF通过放大器和AD转换器存入计算机中。改变频率点，重复本步骤标定出300组电压系数。标定电压系数后，去掉应变片。
4、测量过程：旋转体在运转时，PVDF传感器将实时测量得到的旋转体表压的频率和电压值放入计算机中。
5、分别计算不同频率下的PVDF传感器输出电压：如：在计算机中查标定频率100Hz＝测量频率100Hz，取100Hz组(32个电压系数)中符合0.2612V≈0.2592V(精确到小数点后两位。)条件的一个标定电压系数2.93。PVDF传感器输出电压是：0.2612V×2.93＝0.78V。重复本步骤再计算出其它频率下的PVDF传感器输出电压。
方法实施例2：
如图2所示，本发明包括以下步骤：
1、在旋转体上安装Φ4mm PVDF传感器。
2、在紧贴PVDF传感器周围1-2mm处试装应变片，选择最佳标定位置：用动态应变仪施加给应变片的输出频率是200HZ、施加给应变片0.9倍的应变片最大输出电压。同时测量PVDF传感器输出电压。沿旋转体轴线位置距PVDF传感器1.2mm出现最大输出电压时，安装应变片将其固定。
3、标定PVDF传感器在不同频率下多个电压系数：固定动态应变仪输出频率改变输出电压从低向高增加，同时测量PVDF传感器输出电压。
标定电压系数具体步骤是：用动态应变仪施加应变片正弦交变电压，其频率0Hz-300Hz频率上选择600个频率点，恒定频率改变电压输出0-15V，选择64个点，电压变化率＝0.25V，分别得到64个点的应变片电压、PVDF传感器电压和电压系数，每一个点的电压系数计算公式是：KfN＝VfN 应变片/VfN PVDF。其中：KfN是在f频率下共有64个点的电压系数，VfN 应变片是在f频率下共有64个点的应变片的电压，VfN PVDF是在f频率下共有64个点的PVDF传感器输出电压。分别将KfN、VfN 应变片、VfN PVDF通过放大器和AD转换器存入计算机中。改变频率点，重复本步骤标定出600组电压系数。标定电压系数后，去掉应变片。
4、测量过程：旋转体在运转时，PVDF传感器将实时测量得到的旋转体表压的频率和电压值放入计算机中。
5、分别计算不同频率下的PVDF传感器输出电压：如：在计算机中查标定频率175.5Hz＝测量频率175.5Hz，取175.5Hz组(64个电压系数)中符合0.4031V≈0.4048(精确到小数点后两位。)V条件的一个标定电压系数1.76。PVDF传感器输出电压是：0.4031V×1.76＝0.70928V。同样再计算出其它频率下的输出电压从而可以定量PVDF传感器输出电压。

Claims (1)

1.一种测量旋转体表压时标定PVDF电压系数的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、在旋转体中心线上安装Φ3mm-Φ5mm的PVDF传感器；
步骤二、在紧贴PVDF传感器周围1-2mm处试装应变片，用动态应变仪施加给应变片的输出频率是5Hz-400Hz，动态应变仪施加给应变片的输出电压是应变片最大输入电压的90％，测量PVDF传感器输出电压；不断改变应变片的位置，当PVDF传感器出现最大输出电压时，确定该位置，安装应变片并将其固定；
步骤三、用动态应变仪施加应变片正弦交变电压，在频率0Hz-300Hz频率之间选择任意自然数M个频率点，在任意一个频率点f，在0-15V范围内选择N个点改变动态应变仪的输出电压，每个点之间的电压变化率为0.2～0.6V，测量PVDF传感器输出电压，分别得到N个点的应变片电压、PVDF传感器输出电压和电压系数KfN＝VfN应变片/VfN PVDF；其中，KfN是在f频率下共有N个点的电压系数，VfN应变片是在f频率下共有N个点的应变片的电压，VfN PVDF是在f频率下共有N个点的PVDF传感器输出电压；分别将KfN、VfN 应变片、VfN PVDF通过放大器和AD转换器存入计算机中；改变频率点，重复上述步骤标定出M组个电压系数，去掉应变片；
步骤四、旋转体在运转时进入测量过程，PVDF传感器将实时测量得到的旋转体表压的频率和电压值放入计算机中；
步骤五、在计算机中查标定频率f＝测量频率f，取f组中精确到小数点后面二位VfN 测量≈VfN PVDF的一个标定电压系数KfN；PVDF传感器输出电压VfN PVDF＝VfN 测量×KfN；其中，VfN测量是f频率下PVDF传感器测量电压值；重复上述步骤再计算出其它频率下的输出电压从而定量得到PVDF传感器输出电压。
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