CN107271714A - 一种适用于旋转条件下的热线测试设备 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例公开了一种适用于旋转条件下的热线测试设备，该设备包括动静转换装置、旋转端和数据接收端，在对待测试流体的湍流边界层的速度进行测量时，旋转端随着待测试流体一起旋转，实时采集与待测试流体湍流边界层的速度相关的电信号，通过动静转换装置将电信号传输至数据接收端。相比于传统的只能在静止状态下对流体的速度进行测量的装置，该装置中的旋转端能够随着待测试流体一起旋转，实现了对旋转状态下流体的湍流边界层的速度的测量。另一方面，在通过动静转换装置进行电信号的传输时，引入A/D转换模块，将模拟信号转换成数字信号，然后再传输至导电滑环，从而降低了由于滑环转动带来的信号干扰。
Description
技术领域
本发明属于测速技术领域，尤其是涉及一种适用于旋转条件下的热线测试设备。
背景技术
在旋转机械的湍流边界层的研究中，速度测量一直以来都是一个较难的课题，想要研究边界层内湍流流动，需要对湍流边界层内的速度进行测量。热线风速仪是一种目前应用非常广泛的速度测量技术，尤其对于边界层内速度的测量，具有很高的时间分辨率以及测试频率。对于分析边界层内湍流流动具有很重要的意义。然而，常规的热线测试系统(CTA)不适用于旋转状态下对速度进行测量测量。同时热线风速仪采用惠斯通电桥，输出模拟信号，无线信号的传播稳定性差，而若使用滑环实现动静转换，则将对输出信号产生干扰。
在实现本发明实施例的过程中，发明人发现现有的热线测试设备无法对旋转状态下的流体进行速度的测量，且使用滑环实现动静转换的过程中也无法保证信号的准确性和稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何解决现有的热线测试设备无法对旋转状态下的流体进行速度的测量，且使用滑环实现动静转换的过程中也无法保证信号的准确性和稳定性的问题。
针对以上技术问题，本发明的实施例提供了一种适用于旋转条件下的热线测试设备，包括动静转换装置、测试过程中随着待测试流体转动的旋转端、静止放置的数据接收端；
所述动静转换装置连接所述旋转端和所述数据接收端；
所述旋转端将所述待测试流体旋转过程中产生的电信号传输到所述动静转换装置，所述动静转换装置将所述电信号传输到所述数据接收端，所述数据接收端存储所述电信号。
可选地，所述动静转换装置为导电滑环；
所述旋转端的输出端连接所述导电滑环的转子所在的一端，所述数据接收端连接所述导电滑环的定子所在的一端。
可选地，所述旋转端包括热线探针、CTA模块、A/D转换模块；
所述热线探针连接所述CTA模块的输入端，所述CTA模块的输出端连接所述A/D转换模块的输入端；
所述A/D转换模块的输出端连接所述导电滑环；
其中，在测量所述待测试流体湍流边界层的速度时，所述热线探针置于所述待测试流体内，所述CTA模块用于测量所述热线探针上的电信号，并将所述电信号传输至所述A/D转换模块；所述A/D转换模块将所述电信号转换为数字信号，并将所述数字信号传输至所述导电滑环。
可选地，所述CTA模块包括惠斯通电桥。
可选地，所述数据接收端还用于根据预先存储的数字信号和湍流边界层的速度的对应关系，将所述数字信号转化为所述待测试流体湍流边界层的速度。
可选地，还包括显示模块；
所述显示模块用于显示所述待测试流体湍流边界层的速度。
可选地，所述CTA模块的尺寸为70mm×40mm×20mm；所述A/D转换模块的尺寸为50mm×60mm×15mm。
本发明的实施例提供了一种适用于旋转条件下的热线测试设备，该设备包括动静转换装置、旋转端和数据接收端，在对待测试流体的湍流边界层的速度进行测量时，旋转端随着待测试流体一起旋转，实时采集与待测试流体湍流边界层的速度相关的电信号，通过动静转换装置将电信号传输至数据接收端。相比于传统的只能在静止状态下对流体的速度进行测量的装置，该装置中的旋转端能够随着待测试流体一起旋转，实现了对旋转状态下流体的湍流边界层的速度的测量。另一方面，在通过动静转换装置进行电信号的传输时，引入A/D转换模块，将模拟信号转换成数字信号，然后再传输至导电滑环，从而降低了由于滑环转动带来的信号干扰。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例提供的适用于旋转条件下的热线测试设备的结构示意图；
图2是本发明另一个实施例提供的适用于旋转条件下的热线测试设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为发明的实施例提供的适用于旋转条件下的热线测试设备的结构示意图，参见图1，该设备包括动静转换装置102、测试过程中随着待测试流体转动的旋转端101、静止放置的数据接收端103；
所述动静转换装置102连接所述旋转端101和所述数据接收端103；
所述旋转端101将所述待测试流体旋转过程中产生的电信号传输到所述动静转换装置102，所述动静转换装置102将所述电信号传输到所述数据接收端103，所述数据接收端103存储所述电信号。
需要说明的是，本实施例提供的热线测试设备主要用于对旋转状态下的流体的速度进行测试。相比于只能处于静止状态下对待测试流体进行测试的设备，本实施例提供的热线测试设备的旋转端随着待测试流体一起转动，避免了流体自身的转动对测试结果的影响。
可理解的是，由于本实施例提供的热线测试设备的旋转端在测试的过程中随着待测试流体转动，而用于接收数据的数据接收端为静止状态，那么连接旋转端和数据接收端的动静转换装置，则需要实现“动静转换”，使得旋转端的转动对静止放置的数据接收端没有影响。例如，可以采用导电滑环作为动静转换装置，从而实现旋转端转动过程中能够与导电滑环保持正常的连接，确保数据的传输。当然，能够实现“动静转换”，使得旋转端的转动对静止放置的数据接收端没有影响的装置均可以作为上述动静转换装置，本实施例对此不作具体限制。
待测试流体可以为液体或者气体，本实施例对此不作具体限制。
本发明的实施例提供了一种适用于旋转条件下的热线测试设备，该设备包括动静转换装置、旋转端和数据接收端，在对待测试流体的湍流边界层的速度进行测量时，旋转端随着待测试流体一起旋转，实时采集与待测试流体湍流边界层的速度相关的电信号，通过动静转换装置将电信号传输至数据接收端。相比于传统的只能在静止状态下对流体的速度进行测量的装置，该装置中的旋转端能够随着待测试流体一起旋转，实现了对旋转状态下流体的湍流边界层的速度的测量。另一方面，在通过动静转换装置进行电信号的传输时，引入A/D转换模块，将模拟信号转换成数字信号，然后再传输至导电滑环，从而降低了由于滑环转动带来的信号干扰。。
更进一步地，在上述实施例的基础上，所述动静转换装置为导电滑环；
所述A/D转换模块的输出端连接所述导电滑环的转子所在的一端，所述数据接收端连接所述导电滑环的定子所在的一端。
本实施例采用导电滑环作为连接旋转端和数据接收端的动静转换装置，旋转端连接导电滑环转子所在的一端，动静转换装置连接导电滑环定子所在的一端，保证了旋转端的旋转对数据接收端不产生影响，实现了旋转端到数据接收端的信号传输。
更进一步地，在上述各个实施例的基础上，如图2所示，该热线测试设备的旋转端包括热线探针、CTA模块、A/D转换模块；
所述热线探针连接所述CTA模块的输入端，所述CTA模块的输出端连接所述A/D转换模块的输入端；
所述A/D转换模块的输出端连接所述导电滑环；
其中，在测量所述待测试流体湍流边界层的速度时，所述热线探针置于所述待测试流体内，所述CTA模块用于测量所述热线探针上的电信号，并将所述电信号传输至所述A/D转换模块；所述A/D转换模块将所述电信号转换为数字信号，并将所述数字信号传输至所述导电滑环。
更进一步地，在所述CTA模块和所述A/D转换模块之间还包括用于对CTA模块输出的电信号进行模拟信号预处理的电路。
需要说明的是，A/D转换模块用于实现模拟信号对数字信号的转换。在对待测试流体进行测试的过程中，若直接将模拟信号通过导电滑环传输到数据接收端，则会因为模拟信号的不稳定性给测试结果产生影响。为了提高信号传输的稳定性，提高对待测试流体进行测试的准确性，本实施例中将模拟信号转换为数字信号后再进行信号的传输。这种信号的传输方式，降低了由于滑环转动带来的信号干扰，保证了导电滑环实现动静转换的过程中信号的准确性和稳定性。
需要说明的是，在对待测试流体进行测试的过程中，热线探针直接与待测试流体接触。CTA模块用于对待测试流体流过热线探针引起的电信号的变化进行采集。可理解的是，CTA模块所采集的电信号为模拟信号。
CTA模块可以直接将采集的模拟信号传输至A/D转换模块，也可以对该模拟信号进行预处理之后再将其传输至A/D转换模块。
本实施例提供了的适用于旋转条件下的热线测试设备，在旋转端设置A/D转换模块，将CTA模块采集的电信号转换为数字信号后，再通过导电滑环传输到数据接收端，降低了由于滑环转动带来的信号干扰，保证了信号传输过程的稳定性，提高了对待测试流体的速度测量的准确性。
更进一步地，在上述各个实施例的基础上，所述CTA模块包括惠斯通电桥。
需要说明的是，CTA模块是集成的，其内部是一个惠斯通电桥，而且里面还有一些调制电路。它的作用是将热线探针的信号进行放大，但是又不会引入误差。
本实施例提供的适用于旋转条件下的热线测试设备中，CTA模块至少包括惠斯通电桥，通过惠斯通电桥对热线探针上的电信号进行采集。当然，CTA模块还可以包括一些调制电路或者放大电路，以便对通过惠斯通电桥采集的电信号进行放大和优化。
更进一步地，在上述各个实施例的基础上，所述数据接收端还用于根据预先存储的数字信号和湍流边界层的速度的对应关系，将所述数字信号转化为所述待测试流体湍流边界层的速度。
如图2所示，数据接收端可以为一电脑，该电脑能够对数据信号进行存储，并将该数字信号转换为相应的速度信号。
具体的，该电脑内预先存储有数字信号和湍流边界层的速度的对应关系，例如，数字信号和湍流边界层的速度的映射关系表。当数据接收端接收到数字信号后，根据该映射关系表找到每一数字信号对应的湍流边界层的速度，从而实现数字信号和湍流边界层的速度之间的转换。
其中，所述映射关系表通过标定的方法获取，具体地，
将热线探针放在一个已知速度的风洞中，测量电压或者电流，然后得出电压或者电流与速度的标定曲线。
实际测量过程中，得到的数字信号是电压或者电流的数字信号，将该数字信号带入上述电压或者电流与速度的标定曲线中，得到湍流边界层的速度的曲线。
更进一步地，在上述各个实施例的基础上，还包括显示模块；
所述显示模块用于显示所述待测试流体湍流边界层的速度。
可理解的是，上述的数据接收端和显示模块可以为图2中所示的电脑。通过该电脑，用户可以对显示的结果进行控制，例如，用户可以选择用表格显示待测试流体湍流边界层的速度，或者用曲线图的形式显示待测试流体湍流边界层的速度，本实施例对此不作限制。
本实施例提供的数据接收端、显示模块可以实现采集的电信号到速度值之间的转换和显示，保证了用户能够及时准确的获取到对待测试流体测量的湍流边界层的速度。
更进一步地，在上述各个实施例的基础上，所述CTA模块的尺寸为70mm×40mm×20mm；所述A/D转换模块的尺寸为50mm×60mm×15mm。
只能用于静止状态下对流体的速度进行测量的设备尺寸大约为50cm×50cm×15cm。本实施例中提供的适用于旋转条件下的热线测试设备对各个模块的尺寸进行控制，例如，CTA模块的尺寸(长、宽、高)为70mm×40mm×20mm，A/D转换模块的尺寸(长、宽、高)为50mm×60mm×15mm，从而使得旋转端的尺寸更小，避免了旋转端随着待测试流体转动过程中，给承载待测试流体的设备带来过重的负担，保证了在不对待测试流体的转动产生影响的情况下，对待测试流体湍流边界层的速度进行测量。
与现有技术相比，本发明的实施例提供的适用于旋转条件下的热线测试设备，可以实现旋转状态下湍流边界层的测量；旋转测试系统具有小型化、模块化的特点，易安装与使用；采用A/D转换后的信号通过USB导电滑环实现动静转换，具有抗干扰能力强的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种适用于旋转条件下的热线测试设备，其特征在于，包括动静转换装置、测试过程中随着待测试流体转动的旋转端、静止放置的数据接收端；
所述动静转换装置连接所述旋转端和所述数据接收端；
所述旋转端将所述待测试流体旋转过程中产生的电信号传输到所述动静转换装置，所述动静转换装置将所述电信号传输到所述数据接收端，所述数据接收端存储所述电信号。
2.根据权利要求1中所述的热线测试设备，其特征在于，所述动静转换装置为导电滑环；
所述旋转端的输出端连接所述导电滑环的转子所在的一端，所述数据接收端连接所述导电滑环的定子所在的一端。
3.根据权利要求2中所述的热线测试设备，其特征在于，所述旋转端包括热线探针、CTA模块、A/D转换模块；
所述热线探针连接所述CTA模块的输入端，所述CTA模块的输出端连接所述A/D转换模块的输入端；
所述A/D转换模块的输出端连接所述导电滑环；
其中，在测量所述待测试流体湍流边界层的速度时，所述热线探针置于所述待测试流体内，所述CTA模块用于测量所述热线探针上的电信号，并将所述电信号传输至所述A/D转换模块；所述A/D转换模块将所述电信号转换为数字信号，并将所述数字信号传输至所述导电滑环。
4.根据权利要求2中所述的热线测试设备，其特征在于，所述CTA模块包括惠斯通电桥。
5.根据权利要求1中所述的热线测试设备，其特征在于，所述数据接收端还用于根据预先存储的数字信号和湍流边界层的速度的对应关系，将所述数字信号转化为所述待测试流体湍流边界层的速度。
6.根据权利要求5中所述的热线测试设备，其特征在于，还包括显示模块；
所述显示模块用于显示所述待测试流体湍流边界层的速度。
7.根据权利要求3中所述的热线测试设备，其特征在于，所述CTA模块的尺寸为70mm×40mm×20mm；所述A/D转换模块的尺寸为50mm×60mm×15mm。
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