CN105242073A - 恒温式热线风速仪检测系统 - Google Patents

恒温式热线风速仪检测系统 Download PDF

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本发明公开了一种恒温式热线风速仪自我检测系统，该自检系统融入在恒温式热线风速仪（CTA）的常规电路中，CTA的常规电路包括惠斯通电桥、限流保护电路、放大器、偏置信号模块和电流驱动电路；自我检测系统包含继电器模块、恒流源模块、热线替代电阻、第一至第三固定电阻、控制采集模块、显示模块以及检测开关。检测开关用于实现CTA工作模式的切换，当切换到自我检测模式时，可以检测以下内容：桥路中固定电阻阻值；热线阻值；过热比；放大器增益；电流驱动电路工作状态；限流保护电路工作状态。检测结果直接在显示模块中进行显示，检测结果直观明了。检测系统的设计便捷了检测过程，提高了恒温式热线风速仪的工作可靠性和维护性。

Description

恒温式热线风速仪检测系统
技术领域
本发明涉及测试领域，尤其涉及一种恒温式热线风速仪检测系统。
背景技术
热线风速仪能够实现风速的连续测量，信噪比高，而且可以进行三维流场以及微风速的测量，测量范围以及灵敏度均较高。由于热线风速仪具有上述优点，故而在风洞流场分布测量、发动机进出口流场测量以及涡轮中流场的流动特性测量等领域得到了广泛应用。热线风速仪的可靠性直接影响到了仪器的可用性和测量结果的精度水平，因此迫切需要一种可以便捷地检测出电路中各个部分是否能够正常工作的检测系统。
目前从国际主流的恒温式热线风速仪厂家Dantec或TSI的产品来看，热线风速仪是否能正常工作完全是靠使用者基于经验进行判断的，这对于使用者的专业水平提出了较高的要求，也影响了仪器的测试工作效率，更不便于测试设备的维护。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种恒温式热线风速仪检测系统，便捷地检测出恒温式热线风速仪中的各个关键环节是否能够可靠地工作。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
恒温式热线风速仪检测系统，所述恒温式热线风速仪的CTA电路包括惠斯通电桥、限流保护电路、放大器、偏置信号模块和电流驱动电路，其中，惠斯通电桥的输入端与电流驱动电路的输出端相连；放大器的输出信号与偏置信号模块的输出信号叠加后输入电流驱动电路的输入端；限流保护电路设置在惠斯通电桥中热线所在的桥臂中，用于保护热线；
所述检测系统包含继电器模块、恒流源模块、热线替代电阻、第一至第三固定电阻、控制采集模块、显示模块以及检测开关；
所述继电器模块包含第一至第三单路继电器、第一至第三双路继电器、以及继电器驱动单元；
所述继电器驱动单元分别和第一至第三单路继电器的控制端、第一至第三双路继电器的控制端相连，用于驱动所述第一至第三单路继电器、第一至第三双路继电器工作；
所述第一单路继电器、第二单路继电器分别设置在惠斯通电桥两个桥臂的输入端，其常开端均接恒流源模块的输入端，用于实现桥路工作模式之间的切换；
所述第三单路继电器设置在惠斯通电桥的热线与热线替代电阻之间，用于实现惠斯通电桥中热线和热线替代电阻之间的切换；
所述第一双路继电器设置在限流保护电路中，用于实现惠斯通电桥中热线所在桥臂的通断；
所述第二双路继电器的公共端与放大器的输入端相连，常闭端与惠斯通电桥的输出端相连，常开端分别接第一固定电阻的一端、第二固定电阻的一端；
所述第三双路继电器的公共端通过第三固定电阻接地，常闭端悬空，常开端分别接恒流源模块、第一固定电阻的一端；
所述第一固定电阻的另一端、第二固定电阻的另一端接地；
所述桥路限流保护电路和继电器驱动单元相连，通过其控制第一双路继电器工作；
所述控制采集模块和继电器驱动单元相连，通过其控制第一至第三单路继电器、第二至第三双路继电器工作；
所述控制采集模块还分别和恒流源模块、偏置信号模块、检测开关、显示模块相连；
所述恒流源模块用于根据控制采集模块的指令产生相应的电流；
所述检测开关用于朝控制采集模块发送检测命令；
所述显示模块用于显示检测结果。
作为本发明恒温式热线风速仪检测系统进一步的优化方案，所述控制采集模块基于ARM芯片，其产生DO信号的输出端与继电器驱动单元的输入端相连，产生DA信号的输出端与恒流源模块的输入端、偏置信号模块的输入端相连，接收到检测命令时CTA电压通过控制采集模块的AD输入端采集。
作为本发明恒温式热线风速仪检测系统进一步的优化方案，所述显示模块采用LED屏。
作为本发明恒温式热线风速仪检测系统进一步的优化方案，所述继电器驱动模块采用ULN2003芯片。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1.在控制采集模块下可以实现恒温式热线风速仪在正常工作模式与检测模式之间的切换；
2.当恒温式热线风速仪处在检测模式下，可以便捷地对如下项目进行检测：1）桥路中固定电阻阻值；2）热线阻值；3）过热比；4）放大器增益；5）电流驱动电路；6）限流保护电路；
3.可以快速地检测出热线风速仪的故障位置；
4.检测过程无需任何参数设定，全部由控制采集模块自动完成；
5.检测结果直接在显示模块LED屏上显示，具有直观明了的特点。
附图说明
附图1是本发明的原理框图；
附图2是常规CTA电路原理图；
附图3是桥路电阻以及过热比检测电路原理图；
附图4是放大器增益以及电流驱动电路检测电路原理图；
附图5是限流保护电路检测电路原理图。
图中，1-第一单路继电器，2-第二单路继电器，3-第三单路继电器，4-恒流源模块，5-第一双路继电器，6-第二双路继电器，7-第三双路继电器，8-第一固定电阻，9-第二固定电阻，10-第三固定电阻，11-第一双路继电器电圈。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明公开了一种恒温式热线风速仪检测系统，如图2所示，所述恒温式热线风速仪的CTA电路包括惠斯通电桥、限流保护电路、放大器、偏置信号模块和电流驱动电路，其中，惠斯通电桥的输入端与电流驱动电路的输出端相连；放大器的输出信号与偏置信号模块的输出信号叠加后输入电流驱动电路的输入端；限流保护电路设置在惠斯通电桥中热线所在的桥臂中，用于保护热线。
如图1所示，本发明所述的检测系统包含继电器模块、恒流源模块、热线替代电阻、第一至第三固定电阻、控制采集模块、显示模块以及检测开关；
所述继电器模块包含第一至第三单路继电器、第一至第三双路继电器、以及继电器驱动单元；
所述继电器驱动单元分别和第一至第三单路继电器的控制端、第一至第三双路继电器的控制端相连，用于驱动所述第一至第三单路继电器、第一至第三双路继电器工作；
所述第一单路继电器、第二单路继电器分别设置在惠斯通电桥两个桥臂的输入端，其常开端均接恒流源模块的输入端，用于实现桥路工作模式之间的切换；
所述第三单路继电器设置在惠斯通电桥的热线与热线替代电阻之间，用于实现惠斯通电桥中热线和热线替代电阻之间的切换；
所述第一双路继电器设置在限流保护电路中，用于实现惠斯通电桥中热线所在桥臂的通断；
所述第二双路继电器的公共端与放大器的输入端相连，常闭端与惠斯通电桥的输出端相连，常开端分别接第一固定电阻的一端、第二固定电阻的一端；
所述第三双路继电器的公共端通过第三固定电阻接地，常闭端悬空，常开端分别接恒流源模块、第一固定电阻的一端；
所述第一固定电阻的另一端、第二固定电阻的另一端接地；
所述桥路限流保护电路和继电器驱动单元相连，通过其控制第一双路继电器工作；
所述控制采集模块和继电器驱动单元相连，通过其控制第一至第三单路继电器、第二至第三双路继电器工作；
所述控制采集模块还分别和恒流源模块、偏置信号模块、检测开关、显示模块相连；
所述恒流源模块用于根据控制采集模块的指令产生相应的电流；
所述检测开关用于朝控制采集模块发送检测命令；
所述显示模块用于显示检测结果。
对照图3和图4，第一单路继电器位于固定电阻Ra1与电流驱动电路之间，用于控制电桥左边桥臂工作模式的切换；第二单路继电器位于固定电阻Rb和电流驱动电路之间，用于控制电桥右边桥臂工作模式的切换。当进行电路检测时，拨动检测开关，控制采集模块收到开关的指令后先进行桥路检测。控制采集模块输出DO信号控制第一单路继电器先工作。此时桥路上的固定电阻Ra1与恒流源模块相连，通过测量Uw2，U+的值即可得知桥路上固定电阻Ra1+Ra2以及热线Rw的阻值。由于过热比是在冷态的情况下固定电阻Rb与热线Rw的比值，所以当进行电阻阻值检测时，恒流源模块供入的电流很小，因此电阻两端的电压很小，从而影响测量的精度，为了解决上述问题，将电阻两端的电压通过多路复用器ADG609分别接入图4中的放大器，将电压进行放大后再测量，ADG609的公共端DA、DB与放大器的输入端相连，令ADG609的使能端EN处于高电平，此时S1通道用于测量固定电阻Ra1+Ra2的阻值，S2通道用于测量固定电阻Rc的阻值，S3通道用于测量热线Rw的阻值，S4通道用于测量固定电阻Rb的阻值。控制采集模块通过控制ADG609的工作通道，先后采集到固定电阻Ra1+Ra2和热线Rw两端的电压，并进行逻辑计算，将计算完成后的固定电阻阻值、热线阻值传送到显示模块的LED屏上进行显示，此时固定电阻Ra1+Ra2，热线Rw的阻值检测结束。
然后，控制采集模块令第二单路继电器工作，此时桥路上的固定电阻Rb与恒流源模块相连，通过测量Uw1，U-的值即可得知桥路上固定电阻Rb和Rc的阻值。控制采集模块通过控制ADG609的工作通道，先后采集到固定电阻Rb和Rc两端的电压，并进行逻辑计算，将计算完成后的固定电阻Rb、Rc的阻值以及过热比送到显示模块的LED屏上进行显示，此时桥路检测结束。
对照图4，第二双路继电器的公共端与放大器的输入端相连，常闭端与惠斯通电桥的输出端相连，常开端分别通过第一、第二固定电阻接地；第三双路继电器的公共端通过第三固定电阻接地，常闭端悬空，常开端分别于恒流源和第一固定电阻相连。桥路检测结束后进行放大器增益检测，控制采集模块通过发出DO信号令第二、第三双路继电器同时工作，此时放大器的输入端与由恒流源模块和第三固定电阻共同产生的标准电压信号相连，令偏置电压Uq为零，控制采集模块将采集到的U0信号与标准电压信号进行计算，得到放大器增益值，并传送到显示模块的LED屏上进行显示，至此放大器增益值检测结束。
对照图3和图4，第三单路继电器的公共端与固定电阻Ra2相连，常闭端与热线Rw相连，常开端与热线替代电阻Rw’相连。放大器增益值检测结束后进行电流驱动电路检测，控制采集模块通过发出DO信号令第三单路继电器和第二双路继电器同时工作。此时，热线替代电阻Rw’替代热线Rw接入电桥进行工作，这样可以避免检测过程中烧坏热线Rw。由于第二双路继电器工作，第三双路继电器不工作，所以此时放大器的输入端分别通过第一、第二固定电阻接地，电流驱动电路的输入由偏置电压Uq单独决定。控制采集模块通过采集到的电流驱动电路输出端的Uw后进行判断电流驱动电路能否正常工作，并将结果传送给显示模块，如果可以正常工作，在LED屏上显示“电流驱动电路正常工作”，如果不能则显示“电流驱动电路非正常工作”，此时，电流驱动电路检测结束。
对照图3和图5，第一双路继电器的公共端一端与热线Rw相连，另一端与控制采集模块中ARM的输入端相连，常闭端分别与固定电阻Ra2相连以及通过固定电阻与3.3V电源相连，常开端的一端接地，另一端悬空，该继电器由限流保护电路控制，用于控制热线Rw所在桥臂的通断。电流驱动电路检测结束后，限流保护电路进行检测，此时控制采集模块发出DO信号令第三单路继电器工作，此时，热线替代电阻Rw’替代热线Rw接入电桥进行工作，避免检测过程中烧坏热线Rw。控制采集模块将DA信号传给限流保护电路，即给定UDA，令限制电流小于此时固定电阻Ra2所在桥臂中的电流，如果此时第一双路继电器的第二触点由高电平变为低电平则表明限流保护电路可以正常工作，控制采集模块采集到信号之后即可将结果传送给显示模块进行显示，如果电平由高变低，LED则显示“限流保护电路正常工作”，如果电平没有发生变化，则显示“限流保护电路非正常工作”，此时所有检测结束，LED屏上显示“检测结束”。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.恒温式热线风速仪检测系统，所述恒温式热线风速仪的常规电路包括惠斯通电桥、限流保护电路、放大器、偏置信号模块和电流驱动电路，其中，惠斯通电桥的输入端与电流驱动电路的输出端相连；放大器的输出信号与偏置信号模块的输出信号叠加后输入电流驱动电路的输入端；限流保护电路设置在惠斯通电桥中热线所在的桥臂中，用于保护热线；
其特征在于：
所述检测系统包含继电器模块、恒流源模块、热线替代电阻、第一至第三固定电阻、控制采集模块、显示模块以及检测开关；
所述继电器模块包含第一至第三单路继电器、第一至第三双路继电器、以及继电器驱动单元；
所述继电器驱动单元分别和第一至第三单路继电器的控制端、第一至第三双路继电器的控制端相连，用于驱动所述第一至第三单路继电器、第一至第三双路继电器工作；
所述第一单路继电器、第二单路继电器分别设置在惠斯通电桥两个桥臂的输入端，其常开端均接恒流源模块的输入端，用于实现桥路工作模式之间的切换；
所述第三单路继电器设置在惠斯通电桥的热线与热线替代电阻之间，用于实现惠斯通电桥中热线和热线替代电阻之间的切换；
所述第一双路继电器设置在限流保护电路中，用于实现惠斯通电桥中热线所在桥臂的通断；
所述第二双路继电器的公共端与放大器的输入端相连，常闭端与惠斯通电桥的输出端相连，常开端分别接第一固定电阻的一端、第二固定电阻的一端；
所述第三双路继电器的公共端通过第三固定电阻接地，常闭端悬空，常开端分别接恒流源模块、第一固定电阻的一端；
所述第一固定电阻的另一端、第二固定电阻的另一端接地；
所述桥路限流保护电路和继电器驱动单元相连，通过其控制第一双路继电器工作；
所述控制采集模块和继电器驱动单元相连，通过其控制第一至第三单路继电器、第二至第三双路继电器工作；
所述控制采集模块还分别和恒流源模块、偏置信号模块、检测开关、显示模块相连；
所述恒流源模块用于根据控制采集模块的指令产生相应的电流；
所述检测开关用于向控制采集模块发送检测命令；
所述显示模块用于显示检测结果。
2.根据权利要求1所述的恒温式热线风速仪检测系统，其特征在于，所述控制采集模块基于ARM芯片，其产生DO信号的输出端与继电器驱动单元的输入端相连，产生DA信号的输出端与恒流源模块的输入端、偏置信号模块的输入端相连，接收到检测命令时CTA电压通过控制采集模块的AD输入端采集。
3.根据权利要求1所述的恒温式热线风速仪检测系统，其特征在于，所述显示模块采用LED屏。
4.根据权利要求1所述的恒温式热线风速仪检测系统，其特征在于，所述继电器驱动模块采用ULN2003芯片。
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