CN109000575B - 热线探针与壁面距离测量方法和装置 - Google Patents

热线探针与壁面距离测量方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热线探针与壁面距离测量方法，对热线探针以及传感器进行固定；通过预设测距算法，测量获取热线探针与传感器之间的垂直距离；在热线探针按照预设频率与待测壁面距离缩近的状态下，通过采用传感器测量获取传感器与待测壁面之间的距离；根据垂直距离与通过采用传感器测量获取传感器与待测壁面之间的距离测量出热线探针与待测壁面的距离。该方法利用光纤位移传感器、97度支杆以及探针，实现热线探针与壁面距离的精确测量，且具有应用的高效性与易用性。本发明还公开了热线探针与壁面距离测量装置。

Description

热线探针与壁面距离测量方法和装置
技术领域
本发明涉及边界层速度测量技术领域，特别涉及一种热线探针与壁面距离测量方法和装置。
背景技术
在边界层测速的研究中，常常采用热线风速仪对边界层速度进行测量。在热线风速仪测速的过程中，热线探针与壁面之间的距离是一个非常重要的量，壁面附近的速度梯度、壁面剪切应力等量均需要通过壁面距离来进行计算。
现有的探针与壁面第一个点之间的距离y0常常粗略估计，或者忽略，然后根据位移机构移动的距离△y,来计算其他点距离壁面的距离(y1＝y0+△y,y2＝y1+△y···)。精确测量热线探针与壁面第一个点之间的距离一直以来都是一个较难问题。
发明内容
基于此，有必要针对传统技术存在的问题，提供一种热线探针与壁面距离测量方法和装置。具体的，为基于光纤位移传感器的热线探针与壁面距离测量方法和装置。在本公开中，利用光纤位移传感器、97度支杆以及探针，实现热线探针与壁面距离的精确测量。该方法不仅可以精确确定热线探头距离壁面的第一点的距离，而且可以随时测量探头与壁面之间的距离；进一步地，该方法的测量精度高，测量的每个点的精度都为光纤位移传感器的精度，而传统粗略估计第一点，以及累加△y的方法，距离误差会不断累积；更进一步地，该方法涉及的原理简单、易于实现。
第一方面，本发明实施例提供了一种热线探针与壁面距离测量方法，所述方法包括：对热线探针以及传感器进行固定；通过预设测距算法，测量获取所述热线探针与所述传感器之间的垂直距离；在所述热线探针按照预设频率与待测壁面距离缩近的状态下，通过采用所述传感器测量获取所述传感器与所述待测壁面之间的距离；根据所述垂直距离与通过采用所述传感器测量获取所述传感器与所述待测壁面之间的距离测量出所述热线探针与所述待测壁面的距离。
在其中一个实施例中，还包括：通过驱动预设位移机构，使得支杆朝向垂直所述待测壁面的方向移动；在移动过程中，实时测量获取所述热线探针与所述待测壁面的距离，获取多个距离数据。
在其中一个实施例中，将获取的多个所述距离数据定义为所述热线探针与所述待测壁面的精确距离。
在其中一个实施例中，所述对热线探针以及传感器进行固定包括：将所述热线探针以及光纤位移传感器固定于支杆上。
在其中一个实施例中，所述支杆为97°支杆。
在其中一个实施例中，所述预设测距算法为三边测量定位算法。
在其中一个实施例中，所述热线探针的数量为至少1个，所述传感器为光纤位移传感器，且所述光纤位移传感器的数量为至少1个。
第二方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面的热线探针与壁面距离测量方法。
第三方面，本发明实施例提供了一种包含指令的计算机程序产品，当该计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面所述的方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种热线探针与壁面距离测量装置，所述装置包括：固定模块，用于对热线探针以及传感器进行固定；第一获取模块，用于通过预设测距算法，测量获取所述热线探针与所述传感器之间的垂直距离；第二获取模块，用于在所述热线探针按照预设频率与待测壁面距离缩近的状态下，通过采用所述传感器测量获取所述传感器与所述待测壁面之间的距离；测量模块，用于根据所述垂直距离与通过采用所述传感器测量获取所述传感器与所述待测壁面之间的距离测量出所述热线探针与所述待测壁面的距离。
本发明提供的一种热线探针与壁面距离测量方法和装置，对热线探针以及传感器进行固定；通过预设测距算法，测量获取热线探针与传感器之间的垂直距离；在热线探针按照预设频率与待测壁面距离缩近的状态下，通过采用传感器测量获取传感器与待测壁面之间的距离；根据垂直距离与通过采用传感器测量获取传感器与待测壁面之间的距离测量出热线探针与待测壁面的距离。该方法利用光纤位移传感器、97度支杆以及探针，实现热线探针与壁面距离的精确测量。该方法不仅可以精确确定热线探头距离壁面的第一点的距离，而且可以随时测量探头与壁面之间的距离；进一步地，该方法的测量精度高，测量的每个点的精度都为光纤位移传感器的精度，而传统粗略估计第一点，以及累加△y的方法，距离误差会不断累积；更进一步地，该方法涉及的原理简单、易于实现，且具有应用的高效性与易用性。
附图说明
图1为本发明一个实施例中的一种热线探针与壁面距离测量方法的步骤流程示意图；
图2为本发明一个实施例中的一种热线探针与壁面距离测量装置的结构示意图，以及
图3为本发明另一实施例中的一种热线探针与壁面距离测量装置的示例图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明热线探针与壁面距离测量方法和装置的具体实施方式进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，为一个实施例中的一种热线探针与壁面距离测量方法的流程示意图。具体包括以下步骤：
步骤102，对热线探针以及传感器进行固定。具体的，对热线探针以及传感器进行固定包括：将热线探针以及光纤位移传感器固定于支杆上。其中，支杆为97°支杆。由此，提高了应用的支杆的灵活性与易用性。
此外，还需要说明的是，热线探针的数量为至少1个，传感器为光纤位移传感器，且光纤位移传感器的数量为至少1个。由此，提高了测量所采用热线探针与传感器数量的灵活性与易用性。
步骤104，通过预设测距算法，测量获取热线探针与传感器之间的垂直距离。
在一个实施例中，需要说明的是，预设距离废为三边测量定位算法。具体的，基本原理为，Trilateration，三边测量是一种常用的定位算法：已知三点位置(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)；已知未知点(x0,y0)到三点距离d1,d2,d3。
具体的，以d1,d2,d3为半径作三个圆，根据毕达哥拉斯定理，得出交点即未知点的位置计算公式：
(x1-x0)2+(y1-y0)2＝d1 2
(x2-x0)2+(y2-y0)2＝d2 2
(x3-x0)2+(y3-y0)2＝d3 2
步骤106，在热线探针按照预设频率与待测壁面距离缩近的状态下，通过采用传感器测量获取传感器与待测壁面之间的距离。
步骤108，根据垂直距离与通过采用传感器测量获取传感器与待测壁面之间的距离测量出热线探针与待测壁面的距离。
在一个实施例中，本公开涉及的一种热线探针与壁面距离测量方法还包括：通过驱动预设位移机构，使得支杆朝向垂直待测壁面的方向移动；在移动过程中，实时测量获取热线探针与待测壁面的距离，获取多个距离数据。由此，为后续的计算进行数据支撑准备。
本发明提供的一种热线探针与壁面距离测量方法，对热线探针以及传感器进行固定；通过预设测距算法，测量获取热线探针与传感器之间的垂直距离；在热线探针按照预设频率与待测壁面距离缩近的状态下，通过采用传感器测量获取传感器与待测壁面之间的距离；根据垂直距离与通过采用传感器测量获取传感器与待测壁面之间的距离测量出热线探针与待测壁面的距离。该方法利用光纤位移传感器、97度支杆以及探针，实现热线探针与壁面距离的精确测量。该方法不仅可以精确确定热线探头距离壁面的第一点的距离，而且可以随时测量探头与壁面之间的距离；进一步地，该方法的测量精度高，测量的每个点的精度都为光纤位移传感器的精度，而传统粗略估计第一点，以及累加△y的方法，距离误差会不断累积；更进一步地，该方法涉及的原理简单、易于实现，且具有应用的高效性与易用性。
基于同一发明构思，还提供了一种热线探针与壁面距离测量装置。由于此装置解决问题的原理与前述一种热线探针与壁面距离测量方法相似，因此，该装置的实施可以按照前述方法的具体步骤实现，重复之处不再赘述。
如图2所示，为一个实施例中的一种热线探针与壁面距离测量装置的结构示意图。该热线探针与壁面距离测量装置10包括：固定模块200、第一获取模块400、第二获取模块600和测量模块800。
其中，固定模块200用于对热线探针以及传感器进行固定；第一获取模块400用于通过预设测距算法，测量获取热线探针与传感器之间的垂直距离；第二获取模块600用于在热线探针按照预设频率与待测壁面距离缩近的状态下，通过采用传感器测量获取传感器与待测壁面之间的距离；测量模块800用于根据垂直距离与通过采用传感器测量获取传感器与待测壁面之间的距离测量出热线探针与待测壁面的距离。
为了进一步地理解并运用本公开提出的一种热线探针与壁面距离测量装置，进行以下示例。需要说明的是，本公开所保护的范围不限于以下示例。
如图3所示，本公开涉及边界层速度测量领域，尤其是一种基于光纤位移传感器的热线探针与壁面距离测量装置。为了热线在边界层测量中，热线探针与壁面之间的距离测量难题，本发明提出了一种基于光纤位移传感器的热线探针与壁面距离测量方法。
具体的，该装置利用光纤位移传感器，即激光位移传感器、97度支杆以及探针，实现热线探针与壁面距离的精确测量。基于光纤位移传感器的热线探针与壁面距离测量装置通过首先将探针以及光纤位移传感器固定于支杆上；再次，通过测距方式，测量出探针与光纤位置传感器之间的垂直距离△x；再次，将探针靠近待测壁面，此时采用光纤位移传感器，即可测量出光纤位移传感器与壁面之间的距离s；继而，根据△x和s可以测量出探针距离壁面的距离y＝s-△x；最终，通过在位移机构的驱动下，支杆将向垂直与壁面的方向移动，分别可以测量s1，s2…sn，进而可以得到探针距离壁面的精确距离y1，y2…yn。
需要说明的是，与现有技术相比，本装置具有不仅可以精确确定热线探头距离壁面的第一点的距离，而且可以随时测量探头与壁面之间的距离；进一步地，该热线探针与壁面距离测量装置测量精度高，该装置测量的每个点的精度都为光纤位移传感器的精度，而传统粗略估计第一点，以及累加△y的方法，距离误差会不断累积；更进一步地，该装置所涉及的原理简单、易于实现。
本发明提供的一种热线探针与壁面距离测量装置，首先通过固定模块对热线探针以及传感器进行固定；再通过第一获取模块通过预设测距算法，测量获取热线探针与传感器之间的垂直距离；再通过第二获取模块在热线探针按照预设频率与待测壁面距离缩近的状态下，通过采用传感器测量获取传感器与待测壁面之间的距离；最终根据测量模块根据垂直距离与通过采用传感器测量获取传感器与待测壁面之间的距离测量出热线探针与待测壁面的距离。该装置利用光纤位移传感器、97度支杆以及探针，实现热线探针与壁面距离的精确测量。该装置不仅可以精确确定热线探头距离壁面的第一点的距离，而且可以随时测量探头与壁面之间的距离；进一步地，该装置的测量精度高，测量的每个点的精度都为光纤位移传感器的精度，而传统粗略估计第一点，以及累加△y的方法，距离误差会不断累积；更进一步地，该装置涉及的原理简单、易于实现，且具有应用的高效性与易用性。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被图1中处理器执行。
本发明实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品。当该计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述图1的方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。
本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为示例性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
另外，如在此使用的，在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举，例如“A、B或C的至少一个”的列举意味着A或B或C，或AB或AC或BC，或ABC(即A和B和C)。此外，措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。
还需要指出的是，在本公开的系统和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。
可以不脱离由所附权利要求定义的教导的技术而进行对在此所述的技术的各种改变、替换和更改。此外，本公开的权利要求的范围不限于以上所述的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法和动作的具体方面。可以利用与在此所述的相应方面进行基本相同的功能或者实现基本相同的结果的当前存在的或者稍后要开发的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。因而，所附权利要求包括在其范围内的这样的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了示例和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (5)

1.一种热线探针与壁面距离测量方法，其特征在于，所述方法包括：
对热线探针以及传感器进行固定，其中，所述对热线探针以及传感器进行固定包括：将所述热线探针以及光纤位移传感器固定于支杆上，所述支杆为97°支杆；
通过预设测距算法，测量获取所述热线探针与所述传感器之间的垂直距离，其中，所述预设测距算法为三边测量定位算法；
在所述热线探针按照预设频率与待测壁面距离缩近的状态下，通过采用所述传感器测量获取所述传感器与所述待测壁面之间的距离；
根据所述垂直距离与通过采用所述传感器测量获取所述传感器与所述待测壁面之间的距离测量出所述热线探针与所述待测壁面的距离；
还包括：通过驱动预设位移机构，使得支杆朝向垂直所述待测壁面的方向移动；在移动过程中，实时测量获取所述热线探针与所述待测壁面的距离，获取多个距离数据；还包括：将获取的多个所述距离数据定义为所述热线探针与所述待测壁面的精确距离。
2.根据权利要求1所述的热线探针与壁面距离测量方法，其特征在于，所述热线探针的数量为至少1个，所述传感器为光纤位移传感器，且所述光纤位移传感器的数量为至少1个。
3.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现所述权利要求1-2中任一项所述方法的步骤。
4.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现所述权利要求1-2中任一项所述方法的步骤。
5.一种热线探针与壁面距离测量装置，其特征在于，所述装置包括：
固定模块，用于对热线探针以及传感器进行固定，其中，所述对热线探针以及传感器进行固定包括：将所述热线探针以及光纤位移传感器固定于支杆上，所述支杆为97°支杆；
第一获取模块，用于通过预设测距算法，测量获取所述热线探针与所述传感器之间的垂直距离，其中，所述预设测距算法为三边测量定位算法；
第二获取模块，用于在所述热线探针按照预设频率与待测壁面距离缩近的状态下，通过采用所述传感器测量获取所述传感器与所述待测壁面之间的距离；
测量模块，用于根据所述垂直距离与通过采用所述传感器测量获取所述传感器与所述待测壁面之间的距离测量出所述热线探针与所述待测壁面的距离；
还包括：通过驱动预设位移机构，使得支杆朝向垂直所述待测壁面的方向移动；在移动过程中，实时测量获取所述热线探针与所述待测壁面的距离，获取多个距离数据；还包括：将获取的多个所述距离数据定义为所述热线探针与所述待测壁面的精确距离。
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