CN109085782A - 可视化气动参数采集系统 - Google Patents

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陆华伟
王宇
郭爽
王龙
梁锐星
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Abstract

本发明属于气动压力、温度采集及控制技术领域，特别涉及了一种可视化气动参数采集系统，计算机采集过程和数据的处理、输出过程具体为经数据采集板卡采集的压力信号，首先经过模数转换，在VB窗口中的相应文本框内显示；VB程序中通过时钟控件设定采样时间，在每一个采样周期内，根据数据采集板卡通道信息，选择性采集所需的压力信号，并进行实时显示；采集过程中，还需要对测得的原始压力信号进行计算处理，以得到能够反映气动特性的参数，并进行实时显示。本发明实现了自动采集气动参数的目标；方法简单、实用、成本低廉，既节省人力又可以得到高精确的数据，应用前景广阔。

Description

可视化气动参数采集系统
技术领域
本发明属于气动压力、温度采集及控制技术领域，特别涉及了一种可视化气动参数采集系统。
背景技术
随着对流体力学、空气动力学研究的不断深化以及相应流体机械技术的不断进步，相应地，人们对流体及空气动力参数的测试测量也提出了更高的要求。较早时候，气动参数是测量人员通过直接观察测压水排、液柱式温度计等所获得的，这种数据采集方式效率低、误差大、采集过程中有很大的不确定性，且测量过程中的人员所处的环境条件相对较差。随着计算机技术的不断进步，采用能够产生电信号的传感器进行自动化测量已成为趋势。将气体压力、温度、速度等通过相应的传感器转化成模拟电信号(或数字信号)，之后对信号进行处理与采集后通过一定的数据传输方式(如标准总线接口(GPIB)、数据采集板卡、VXI总线、以及其他工业标准总线)将其传输至计算机中。这种测试技术较之前的人工测试，其可靠性和精度大大提高。然而，目前能够稳定运行的气动参数采集系统类型较少、且系统稳定性、测试过程的可视化及交互性均有待提高。
术语解释：计算机数据采集系统：是指将温度、压力、流量、速度等模拟量进行采集，量化转化成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的装置。气体动力学参数：主要包括气体压力、温度、速度、密度等状态参数。
发明内容
鉴于现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于VB可视化界面的气动参数采集系统。现有的气动参数采集系统其运行稳定性、自动化及智能化程度较低，且采集平台的可视化效果较差。而本发明的气动参数采集可以在一些特殊的场所实现信号的采集、处理和发送，具有成本低、可靠性好、实用性强等优点。
为达到上述目的，本发明提出的技术方案是可视化气动参数采集系统，其包括包括一个或多个采集元件、一个或多个传感器、工控箱、数据采集板卡、直流稳压电源、集线器、计算机、信号传输线缆；
所述数据采集板卡安装在计算机上，所述工控箱内装有一个或多个传感器，采集元件连接至对应的传感器，每个传感器的输出端连接在与数据采集板卡配套的接线端子板上，通过信号传输线缆连接至所述数据采集板卡上；
集线器用于将直流稳压电源输出的单路电压信号，分散成多路并联信号，用于给一个或多个传感器供电；
采集元件用于直接感受被测物理量，传输给传感器，传感器将其转换为与被测物理量有一定关系的电压、电流或电路参量；
数据采集板卡用于信号调理、A/D转换；所述信号调理是将传感器输出的电信号调理转换成所需要的标准电压、电流信号；所述A/D转换是将模拟信号转换为数字信号，使计算机能够识别；
工控箱用于安装测控硬件，测控硬件包括传感器、直流稳压电源、接线端子板；
计算机用于完成数据的采集过程和数据的处理、输出。
进一步的，计算机采集过程和数据的处理、输出过程具体为经数据采集板卡采集的压力信号，首先经过模数转换，在VB窗口中的相应文本框内显示；VB程序中通过时钟控件设定采样时间，在每一个采样周期内，根据数据采集板卡通道信息，选择性采集所需的压力信号，并进行实时显示；采集过程中，还需要对测得的原始压力信号进行计算处理，以得到能够反映气动特性的参数，并进行实时显示。
进一步的，所述选择性采集所需的信号是根据模拟或数字信号输入/输出通道的编号，通过VB程序对采集到的电压信号进行选择性分析处理。
进一步的，将原始压力信号转化为能够反映气动特性的参数具体方法为，建立专门的计算子程序(在整个气动参数采集代码中的一个程序模块中)，在经过一定的采样间隔后，调用对应的计算子程序，将原始压力信号带入计算，得到气动特性的参数。
优选的，所述一个或多个传感器包括压力传感器、温度传感器、速度传感器、密度传感器中的一个或多个。
进一步的，所述传输线缆为16路或32路。
综上，本发明的主要工作原理是传感器(压力、温度、速度、密度等)感受到的信号经过处理与转换(程控放大、采样保持、A/D转换)经数据采集板卡传至上位机(PC机)，上位机中的数据采集软件负责从数据采集板卡收集压力数据，并对其进行信号计算、分析以及可视化处理。
本发明的有益效果：其实现了自动采集气动参数的目标；方法简单、实用、成本低廉，既节省人力又可以得到高精确的数据，应用前景广阔。
附图说明
图1为数据采集系统的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行进一步说明。
实施例1
在进行风洞实验时，特别是进行高马赫数来流的实验时，噪声较大，危险性较高。在实验厂房内直接测量对测量人员对带来不好的影响。采用本自动化气动参数采集系统后，温度传感器以及压力传感器等信号传输线与数据采集板卡相连，而装有数据采集板卡的“上位机”可以放置在实验厂房外，这样隔离了噪声与强风造成的较恶劣的测量环境。
可视化气动参数采集系统，其包括一个或多个采集元件、一个或多个传感器、工控箱、数据采集板卡、直流稳压电源、集线器、计算机、信号传输线缆；
所述数据采集板卡安装在计算机上，所述工控箱内装有一个或多个传感器，采集元件连接至对应的传感器，每个传感器的输出端连接在与数据采集板卡配套的接线端子板上，接线端子板通过信号传输线缆连接至所述数据采集板卡上；
集线器用于将直流稳压电源输出的单路电压信号，分散成多路并联信号，用于给一个或多个传感器供电；
采集元件用于直接感受被测物理量，传输给传感器，传感器将其转换为与被测物理量有一定关系的电压、电流或电路参量。所采用的传感器多为压力传感器，实验测量过程中，是在被测流场中设置的测压孔或压力探针感受被测物理量，之后通过测压软管将压气采集至工控箱内的传感器中。其获得信息的准确与否，关系到整个测试系统的精度。所介绍的数据采集系统主要使用压力传感器及温度传感器，其选取原则主要有：转换范围与被测量实际变化范围相一致；转换精度、转换速度应符合整机要求；能满足被测介质和使用环境的特殊要求；能满足可靠性和可维护性的要求。
数据采集板卡用于信号调理、A/D转换；所述信号调理是将传感器输出的电信号调理转换成所需要的标准电压、电流信号；较为常见的有：放大电路、电桥电路、滤波电路、谐频电路、阻抗变换电路。所述A/D转换是将模拟信号转换为数字信号，使计算机能够识别；A/D转换器是信号采集系统的核心部件，作用是将模拟信号转换为数字信号，使计算机能够识别。本测试系统的A/D转换功能的实现是通过基于数据采集板卡(DAQ)的虚拟仪器来实现的。
工控箱用于安装测控硬件，测控硬件包括传感器、直流稳压电源、接线端子板；
计算机用于完成数据的采集过程和数据的处理、输出。
进一步的，所述温度传感器为热电偶，热电偶放置于被测流场中。热电偶反馈的电信号直接连接至工控箱内的数据采集模块上。
进一步的，计算机采集过程和数据的处理、输出过程具体为经数据采集板卡采集的压力信号，首先经过模数转换，在VB窗口中的相应文本框内显示；VB程序中通过时钟控件设定采样时间，在每一个采样周期内，根据数据采集板卡通道信息，选择性采集所需的信号，并进行实时显示；采集过程中，还需要对测得的原始压力信号进行计算处理，以得到能够反映气动特性的参数，并进行实时显示。
进一步的，所述选择性采集所需的信号是根据模拟或数字信号输入/输出通道的编号，通过VB程序对采集到的电压信号进行选择性分析处理。
进一步的，将原始压力信号转化为能够反映气动特性的参数具体方法为，建立专门的计算子程序，在经过一定的采样间隔后，调用对应的计算子程序，将原始压力信号带入计算，得到气动特性的参数。
所述的计算子程序是通过在VB主程序中调用的一个计算子程序。其相关公式依据的是本领域公知的多孔气动探针的数据处理公式以及常见气动参数的计算公式。
以五孔探针测试为例：计算子程序代码如下：
优选的，所述一个或多个传感器包括压力传感器、温度传感器、速度传感器、密度传感器中的一个或多个。
进一步的，所述传输线缆为16路或32路。
本实施例可方便获得流场中的压力以及三维速度矢量信息。主要有以下优点：测量精度高；测量重复性好，结构简单稳定可靠；设备简单，测量方法简单，对环境要求低。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.可视化气动参数采集系统，其特征在于：包括一个或多个采集元件、一个或多个传感器、工控箱、数据采集板卡、直流稳压电源、集线器、计算机、信号传输线缆；
所述数据采集板卡安装在计算机上，所述工控箱内装有一个或多个传感器，设置在被测流场中的采集元件连接至对应的传感器，每个传感器的输出端连接在与数据采集板卡配套的接线端子板上，通过信号传输线缆连接至所述数据采集板卡上；
集线器用于将直流稳压电源输出的单路电压信号，分散成多路并联信号，用于给一个或多个传感器供电；
采集元件用于直接感受被测物理量，传输给传感器，传感器将其转换为与被测物理量有一定关系的电压、电流或电路参量；
数据采集板卡用于信号调理、A/D转换；所述信号调理是将传感器输出的电信号调理转换成所需要的标准电压、电流信号；所述A/D转换是将模拟信号转换为数字信号，使计算机能够识别；
工控箱用于安装测控硬件，测控硬件包括传感器、直流稳压电源、接线端子板；
计算机用于完成数据的采集过程和数据的处理、输出。
2.根据权利要求1所述的可视化气动参数采集系统，其特征在于：
计算机采集过程和数据的处理、输出过程具体为经数据采集板卡采集的压力信号，首先经过模数转换，在VB窗口中的相应文本框内显示；VB程序中通过时钟控件设定采样时间，在每一个采样周期内，根据数据采集板卡通道信息，选择性采集所需的压力信号，并进行实时显示；采集过程中，还需要对测得的原始压力信号进行计算处理，以得到能够反映气动特性的参数，并进行实时显示。
3.根据权利要求2所述的可视化气动参数采集系统，其特征在于：所述选择性采集所需的信号是根据模拟或数字信号输入/输出通道的编号，通过VB程序对采集到的电压信号进行选择性分析处理。
4.根据权利要求2所述的可视化气动参数采集系统，其特征在于：将原始压力信号转化为能够反映气动特性的参数具体方法为，建立的计算子程序，在经过一定的采样间隔后，调用对应的计算子程序，将原始压力信号带入计算，得到气动特性的参数。
5.根据权利要求1所述的可视化气动参数采集系统，其特征在于：所述一个或多个传感器包括压力传感器、温度传感器、速度传感器、密度传感器中的一个或多个。
6.根据权利要求5所述的可视化气动参数采集系统，其特征在于：所述的温度传感器为热电偶。
7.根据权利要求1所述的可视化气动参数采集系统，其特征在于：所述的采集元件为在被测流场中设置的测压孔或压力探针，之后通过测压软管将压气采集至工控箱内的压力传感器中。
8.根据权利要求1所述的可视化气动参数采集系统，其特征在于：所述传输线缆为16路或32路。
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