CN106226557A - 一种风速风向传感器现场标定系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风速风向传感器现场标定系统及方法，所述装置包括小型车载式开口直流风洞、风洞驱动装置、风洞控制系统、传感器动态标定系统和检测车；小型车载式开口直流风洞主要包含开口试验段、收缩段、稳定段、风扇段、大角度扩散段和常规扩散段；小型车载式开口直流风洞、风洞驱动装置、风洞控制系统、传感器动态标定系统都装在检测车上；所述方法是将待测风速风向传感器安装在开口试验段处，分别进行风速、风向的测量，然后将获得风速、风向的平均值与实际测量风速、风向值作比较，判定风速风向传感器是否符合标准要求；本发明的有益效果是：使风速风向传感器的标定变得便捷快速有效，在现场就能够达到室内风洞标定的精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种风速风向传感器现场标定系统及方法。
背景技术
高速铁路灾害监测系统是高速铁路的重要组成系统之一，大风环境对铁路的运输安全具有很大影响，风监测系统则是高速铁路灾害监测系统的重要内容。高速铁路风监测系统一般由风监测设施、控制系统、监测数据处理单元和监测终端组成，其主要作用是监测铁路沿线大风信息，以便为铁路安全运行提供大风预警信号。对于安装在铁路大风检测系统中风速风向传感器，由于传感器本身物理特性及环境因素的影响，传感器性能参数会发生变化或损毁，为了保证传感器处于正常工作状态，需要进行定期检测。目前的检测标定方法就是将风速风向传感器拿到室内风洞中进行标定，在传感器标定期间需要另外准备一套新的传感器，这就会导致传感器的闲置，另外将传感器送到室内风洞标定需要来回运输，传感器测风部件属于敏感部件，在运输过程中保护不当可能会导致传感器损毁。
为了对现场风速风向传感器进行快速有效的标定，同时为了避免现场传感器检测标定时需要送往室内风洞进行标定的麻烦，本发明提供了一种针对铁路大风检测系统中风速风向传感器的现场标定系统及方法，能够应用于铁路大风检测系统中风速风向传感器的定期标定，使风速风向传感器的标定变得便捷快速有效，在现场就能够达到室内风洞标定的精度。
发明内容
本发明提供了一种针对铁路大风检测系统中风速风向传感器的现场标定系统及方法，其原理是使用一个小型车载式开口直流风洞来在现场制造室内传感器标定风洞环境，该风洞能够提供传感器标定所需的稳定风场环境，使用该系统可以对机械式、超声波式和热场式风速风向传感器进行精确的现场的动态和静态性能标定，使风速风向传感器的标定变得便捷快速有效，在现场就能够达到室内风洞标定的精度。
本发明的一种风速风向传感器现场标定系统，包括小型车载式开口直流风洞、风洞驱动装置、风洞控制系统、传感器动态标定系统和检测车；所述小型车载式开口直流风洞包括依次连接的风扇段、大角度扩散段、稳定段与收缩段，还包括开口试验段和常规扩散段，开口试验段无洞壁与外界连通；常规扩散段为单独一段，安装在开口试验段之后；所述风扇段、大角度扩散段、稳定段、收缩段、常规扩散段通过支架固定在检测车底板上，并使风扇段、大角度扩散段、稳定段、收缩段、常规扩散段的中轴线均重合；所述传感器动态标定系统包括数控转盘、支撑杆和转盘控制系统，用于通过控制数控转盘转动来模拟风向变化来对传感器的动态特性进行标定；所述支撑杆位于数控转盘上侧，用于支撑待标定风速风向传感器；所述数控转盘另一侧通过支架固定在检测车底板上，并使位于支撑杆上的待标定的风速风向传感器的测风部件位于所述小型车载式开口直流风洞的中轴线上；所述风洞驱动装置，用于驱动风洞风扇转动；所述风洞控制系统用于控制风洞风速；所述风洞驱动装置、风洞控制系统、传感器动态标定系统都装在检测车上。
所述风洞驱动装置包括柴油发电机和变频电机；所述风洞控制系统包括风洞风速测量反馈模块、变频电机控制模块，用于调节变频电机频率来改变风洞风速。
风洞入口为风扇段，它是风洞的风源；在风扇段的下游为大角度扩散段，为了防止气流的分离在大角度扩散段内安装一层每寸24目不锈钢整流网；大角度扩散段的下游为稳定段，为了实现对气流进行整流，在稳定段内安装有蜂窝器和阻尼网，蜂窝器和阻尼网的安装方式和结构优选格子尺寸为10mm的薄壁六角形的蜂窝器，长细比为15，蜂窝器的长度为150mm，安装在稳定段入口处，在蜂窝器下游200mm处安装2层24目不锈钢整流网，两层整流网间距为30mm；在稳定段的下游为收缩段，其作用是对气流进行加速，收缩段的收缩曲线采用的是维式曲线，收缩比为5，缩段长度，D为试验段入口直径。收缩段的下游为开口试验段，通常情况下试验段长度设计范围为，为试验段入口直径，为节省功率取；为了减少能量损失，在开口试验段的下游设计有一个常规扩散段，其扩散角为5°，面积比为2。
本发明风速风向传感器现场标定系统测试方法是在标定时将系统用检测车载到现场，将风速风向传感器安装在风洞试验段内，开启风洞，对传感器的静态和动态特性进行标定。
在风速风向传感器风速测量范围及精度标定时，将风速风向传感器与风洞偏角固定，设定8个风速试验点：10m/s、15m/s、20m/s、25m/s、30m/s、35m/s、40m/s、45m/s；启动风洞，根据所述风速试验点设定风洞风速，在所述风速试验点风速稳定1min后，采集风速风向传感器实测风速和风洞实际风速，采集时长为1min；在各风速试验点计算传感器实测风速和风洞风速的平均值，并通过误差分析，判定传感器是否符合标准要求；
在风速风向传感器风向测量范围及精确度标定时，首先启动风洞，使风洞风速稳定在某个数值；调整数控转盘使传感器输出风向信号为0°，然后旋转数控转盘到设定的风向试验点角度上，待风速风向传感器数值稳定后采集风速风向传感器风向测量数据，采集时长为1min；风速试验点设定方法为：从0°开始，每隔45°选取一个试验点，共选取8个风速试验点分别为45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°、0°；在各风速试验点计算传感器测量风向的平均值，然后以风向的平均值与数控转盘旋转实际角度作比较，以判定传感器是否符合标准要求。
在风速风向传感器动态特性标定时，将待标定的风速风向传感器安装到风洞试验段的数控转盘中心，启动风洞，将风洞风速稳定在某个数值，设定数控转盘分别以不同的角速度旋转720°，然后以相反的方向同样旋转720°；采集该过程中风速风向传感器的测量风速和风向，并分析风速风向传感器风向测量滞后角度，及风速风向传感器在转动过程中风速测量稳定性。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：本发明能快速有效的对风速风向传感器进行标定，同时为了避免风速风向传感器检测标定时需要送往室内风洞进行标定的麻烦，能够应用于铁路大风检测系统中风速风向传感器的定期标定，使风速风向传感器的标定变得便捷快速有效，直接在现场就能够达到室内风洞标定的精度，并且该风洞风速控制精准，有利于标定的准确度。
附图说明
图1为本发明的开口直流风洞结构示意图；
图2为风速风向传感器现场标定装置的结构示意图；
图中：1-风扇，2-风扇段，3-大角度扩散段，4-稳定段，5-收缩段，6-开口试验段，7-风向风速传感器，8-支撑杆，9-数控转盘，10-步进电机，11-常规扩散段，12-开口直流风洞，13-支架，14-检测车底板。
具体实施例
下面结合附图，对本发明检测方法的具体实施方式作进一步详细说明。
本发明的一种风速风向传感器现场标定系统，包括小型车载式开口直流风洞12、风洞驱动装置、风洞控制系统、传感器动态标定系统和检测车；
所述小型车载式开口直流风洞包括依次连接的风扇段2、大角度扩散段3、稳定段4与收缩段5，还包括开口试验段6和常规扩散段11，开口试验段无洞壁与外界连通；常规扩散段为单独一段，安装在开口试验段之后；所述风扇段2、大角度扩散3段、稳定段4、收缩段、常规扩散段11通过支架固定在检测车底板14上，并使风扇段2、大角度扩散段3、稳定段4、收缩段5、常规扩散段11的中轴线均重合；所述传感器动态标定系统包括数控转盘9、支撑杆8、步进电机10和转盘控制系统，用于通过控制数控转盘转动来模拟风向变化来对传感器的动态特性进行标定；所述支撑杆8位于数控转盘9上侧，用于支撑待标定风速风向传感器；所述数控转盘9另一侧通过支架13固定在检测车底板14上，并使位于支撑杆8上的待标定的风速风向传感器的测风部件位于所述小型车载式开口直流风洞12的中轴线上；
所述风洞驱动装置，用于驱动风洞风扇转动；所述风洞控制系统用于控制风洞风速；所述风洞驱动装置、风洞控制系统、传感器动态标定系统都装在检测车上。
所述风洞驱动装置包括柴油发电机和变频电机；所述风洞控制系统包括风洞风速测量反馈模块、变频电机控制模块，用于调节变频电机频率来改变风洞风速。
本发明风速风向传感器现场标定系统测试方法是在标定时将系统用检测车载到现场，将风速风向传感器安装在风洞试验段内，开启风洞，对传感器的静态和动态特性进行标定。
在风速风向传感器风速测量范围及精度标定时，将风速风向传感器与风洞偏角固定，设定8个风速试验点：10m/s、15m/s、20m/s、25m/s、30m/s、35m/s、40m/s、45m/s；启动风洞，根据所述风速试验点设定风洞风速，在所述风速试验点风速稳定1min后，采集风速风向传感器实测风速和风洞实际风速，采集时长为1min；在各风速试验点计算传感器实测风速和风洞风速的平均值，并通过误差分析，判定传感器是否符合标准要求；
在风速风向传感器风向测量范围及精确度标定时，首先启动风洞，使风洞风速稳定在某个数值；调整数控转盘使传感器输出风向信号为0°，然后旋转数控转盘到设定的风向试验点角度上，待风速风向传感器数值稳定后采集风速风向传感器风向测量数据，采集时长为1min；风速试验点设定方法为：从0°开始，每隔45°选取一个试验点，共选取8个风速试验点分别为45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°、0°；在各风速试验点计算传感器测量风向的平均值，然后以风向的平均值与数控转盘旋转实际角度作比较，以判定传感器是否符合标准要求。
在风速风向传感器动态特性标定时，将待标定的风速风向传感器安装到风洞试验段的数控转盘中心，启动风洞，将风洞风速稳定在某个数值，设定数控转盘分别以不同的角速度旋转720°，然后以相反的方向同样旋转720°；采集该过程中风速风向传感器的测量风速和风向，并分析风速风向传感器风向测量滞后角度，及风速风向传感器在转动过程中风速测量稳定性。
Claims (5)
1.一种风速风向传感器现场标定系统，其特征在于：所述系统包括小型车载式开口直流风洞、风洞驱动装置、风洞控制系统、传感器动态标定系统和检测车；
所述小型车载式开口直流风洞包括依次连接的风扇段、大角度扩散段、稳定段与收缩段，还包括开口试验段和常规扩散段，开口试验段无洞壁与外界连通；常规扩散段为单独一段，安装在开口试验段之后；所述风扇段、大角度扩散段、稳定段、收缩段、常规扩散段通过支架固定在检测车底板上，并使风扇段、大角度扩散段、稳定段、收缩段、常规扩散段的中轴线均重合；
所述传感器动态标定系统包括数控转盘、支撑杆和转盘控制系统，用于通过控制数控转盘转动模拟风向变化对风速风向传感器的动态特性、风向测量范围及精度进行标定；所述支撑杆位于数控转盘上侧，用于支撑待标定风速风向传感器；所述数控转盘下侧通过支架固定在检测车底板上，并使位于支撑杆上的待标定的风速风向传感器的测风部件位于所述小型车载式开口直流风洞的中轴线上；
所述风洞驱动装置，用于驱动风洞风扇转动；所述风洞控制系统用于控制风洞风速；所述风洞驱动装置、风洞控制系统、传感器动态标定系统都装在检测车上。
2.根据权利要求1所述的一种风速风向传感器现场标定系统，其特征在于：所述风洞驱动装置包括柴油发电机和变频电机；所述风洞控制系统包括风洞风速测量反馈模块、变频电机控制模块，用于调节变频电机频率来改变风洞风速。
3.根据权利要求1或2所述的一种风速风向传感器现场标定系统，其特征在于：所述大角度扩散段内安装有一层每寸24目不锈钢整流网；所述稳定段内安装有蜂窝器和阻尼网；所述收缩段的收缩曲线采用的是维式曲线，收缩比为5；所述常规扩散段扩散角为5°，面积比为2。
4.一种风速风向传感器现场标定方法，其特征在于：采用权利要求1或2或3的一种风速风向传感器现场标定系统对待测风速风向传感器进行标定，将待测风速风向传感器安装在所述支撑杆上；
在风速风向传感器风速测量范围及精度标定时，将风速风向传感器与风洞偏角固定，设定8个风速试验点：10m/s、15m/s、20m/s、25m/s、30m/s、35m/s、40m/s、45m/s；启动风洞，根据所述风速试验点设定风洞风速，在所述风速试验点风速稳定1min后，采集风速风向传感器实测风速和风洞实际风速，采集时长为1min；在各风速试验点计算风速风向传感器实测风速和风洞风速的平均值，并通过误差分析，判定风速风向传感器是否符合标准要求；
在风速风向传感器风向测量范围及精确度标定时，首先启动风洞，使风洞风速稳定在某个数值；调整数控转盘使风速风向传感器输出风向信号为0°同时将数控转盘角度设置为0°，然后旋转数控转盘到设定的风向试验点角度上，待风速风向传感器数值稳定后采集风速风向传感器风向测量数据，采集时长为1min；风向试验点设定方法为：从0°开始，每隔45°选取一个试验点，共选取8个风向试验点分别为45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°、0°；在各风向试验点计算风速风向传感器测量风向的平均值，然后以风速风向传感器测量风向的平均值与数控转盘旋转实际角度作比较，以判定风速风向传感器是否符合标准要求。
5.根据权利要求4所述的一种风速风向传感器现场标定方法，其特征在于：在风速风向传感器动态特性标定时，将待标定的风速风向传感器安装到风洞试验段的数控转盘中心，启动风洞，将风洞风速稳定在某个数值，设定数控转盘分别以不同的角速度旋转720°，然后以相反的方向同样旋转720°；采集该过程中风速风向传感器的测量风速和风向，并分析风速风向传感器风向测量滞后角度，及风速风向传感器在转动过程中风速测量稳定性。
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