CN110470863A - 一种测速装置标定系统及标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风洞设备领域，尤其涉及一种测速装置标定系统及标定方法，该系统包括调速电机、计数器和激光测速装置，调速电机的输出轴上设有转盘，转盘随输出轴转动，且在转盘的径向上设有至少两个延长部，各个延长部在转盘的周向上均匀分布，至少在一个延长部上设有反光部，激光测速部与转盘的位置相对固定，激光测速部发射的光线垂直照射在反光部，计数器检测转盘的旋转圈数，通过激光测速部和反光部的配合，得到反光部第一切向速度，又通过计数器记录转盘的旋转圈数，同时根据反光部所在位置对应的旋转半径，得到反光部的第二切向速度，通过对两个切向速度进行对比，得到第一切向速度与第二切向速度的标定系数，实现对自由活塞测速装置的标定。

Description

一种测速装置标定系统及标定方法

技术领域

本发明涉及风洞设备领域，尤其涉及一种测速装置标定系统及标定方法。

背景技术

在自由活塞驱动的风洞设备中，活塞运行速度决定了试验状态，为了得到准确和重复性较好的试验状态，需要对活塞运行速度进行监测和控制，并据此调节充气参数。

为了实现对密封管内移动的自由活塞进行测速，现有技术中，一般是通过在密封管上打孔并安装测速传感器，如此设置至少有以下不足：第一是对密封管的密封造成影响，第二是测量准确度低，想要准确的对活塞运行速度进行监测较为困难。

为了准确测量自由活塞的运行速度，本发明的申请人研制了一套测速装置，该测速装置包括一激光测速部和设置在自由活塞底部上的反光纸，将激光测速装置设置在自由活塞运动方向的后部，通过向活塞尾部发射激光和接收从活塞底部反射回来的激光，比较发射和接受的激光频率，利用多普勒效应实现对运动自由活塞的测速，但现有技术中尚未有一种针对该测速方式且能够对其进行精确标定的装置及标定方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种测速装置标定系统及标定方法，实现对自由活塞测速装置的标定。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种测速装置标定系统，包括：

调速电机，调速电机的输出轴上设有转盘，转盘随输出轴转动，且在转盘的径向上设有至少两个延长部，各个延长部在转盘的周向上均匀分布，至少在一个延长部上设有反光部；

激光测速部，激光测速部与转盘的位置相对固定，反光部随着转盘转动，每转动一圈，激光测速部发射的光线至少垂直照射在反光部一次；

计数器，用于检测转盘的旋转圈数。

该实现方式中，通过激光测速部和反光部的配合，利用激光多普勒效应得到反光部第一切向速度，又通过计数器记录转盘的旋转圈数得到反光部的第二切向速度，通过对两个切向速度进行对比，得到第一切向速度与第二切向速度的标定系数，实现对自由活塞测速装置的标定。

结合第一方面，本发明在第一方面的第一种实现方式中，反光部包括反光头和固定在反光头上的反光条。

结合第一方面的第一种实现方式，本发明在第一方面的第二种实现方式中，转盘上设有两个延长部，其中一个延长部上设有反光部，另一个延长部上设有配重部，配重部与反光部距离转盘的轴心的距离相同，且配重部与反光部的重量、体积和形状相同，使转盘保持转动平衡，提高标定精度。

结合第一方面，本发明在第一方面的第三种实现方式中，反光部为涂设在延长部上的反光漆。

结合第一方面的第二种实现方式或第三种实现方式，本发明在第一方面的第四种实现方式中，转盘上设有两个延长部，两个延长部上均设有一个反光部，且两个反光部距离转盘的轴心的距离相同，提高标定精度。

结合第一方面的第一种实现方式或第二种实现方式，本发明在第一方面的第五种实现方式中，在延长部上沿转盘的径向间隔设有多个安装孔，反光部通过安装在不同的安装孔调整反光部与转盘轴心之间的距离，方面通过反光部的转动半径实现不同速度的标定。

结合第一方面，本发明在第一方面的第六种实现方式中，计数器为光电计数器，包括光电计数器发射端和光电计数器接收端，光电计数器发射端与光电计数器接收端位于转盘轴向的两侧，当转盘转动时，每当延长部经过光电计数器发射端与光电计数器接收端之间一次，计数器计数一次。

结合第一方面的第五种实现方式，本发明在第一方面的第七种实现方式中，激光测速部通过安装架固定，安装架在高度方向上间隔设有多个固定孔，激光测速部通过安装在不同的固定孔调整激光测速部的高度。

本发明第二个方面提供了利用第一方面任一实现方式提供的测速装置标定系统进行标定的方法，包括如下步骤：

启动调速电机，调速电机带动转盘转动，反光部随着转盘转动，并且每转动一圈，激光测速部发射的光线至少垂直照射在反光部一次，通过激光多普勒效应得到反光部转动的第一切向速度v₁；

通过计数器记录转盘的转动圈数n，根据转动圈数n和转动n圈所需的时间t，通过公式(Ⅰ)得到调速电机1的转速ω，进而通过公式(Ⅱ)得到反光部的第二切向速度v₂；

v₂＝2πωR (Ⅱ)

其中，R为反光部的转动半径；

通过第一切向速度v₁和第二切向速度v₂对比，得到第一切向速度v₁与第二切向速度v₂的标定系数，实现对自由活塞测速装置的标定。

结合第二方面，调整调速电机的转速和/或反光部的转动半径，针对不同的速度进行标定。

实施本发明的提供的测速装置标定系统，具有以下有益效果：通过激光测速部和反光部的配合，利用激光多普勒效应得到反光部第一切向速度，又通过计数器记录转盘的旋转圈数，同时根据反光部所在位置对应的旋转半径，得到反光部的第二切向速度，通过对两个切向速度进行对比，得到第一切向速度与第二切向速度的标定系数，实现对自由活塞测速装置的标定。

附图说明

图1是本发明实施例一中一种测速装置标定系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一中一种反光部的结构示意图；

图3是本发明实施例一中一种延长部的结构示意图；

图4是本发明实施例一中延长部安装在转盘上的结构示意图；

图5是本发明实施例一中一种转盘的结构示意图。

图中：

1-调速电机；2-转盘；3-延长部；4-反光部；5-激光测速部；6-定位销；7-光电计数器发射端；8-光电计数器接收端；9-反光条；10-支座；11-输出轴；12-安装台；13-配重部；14-安装孔；15-安装槽；16-定位销孔。

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的一部分实施例，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的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。

实施例一

参见图1所示，本实施例一提供的测速装置标定系统，包括调速电机1、激光测速部5和计数器，其中，调速电机1输出轴11上固定连接有转盘2，调速电机1转动后可通过输出轴11带动转盘2转动。优选地，为了保持输出轴11转动的平稳性，输出轴11的自由端通过轴承安装在支座10上。

在转盘2径向上设有至少两个延长部3，各个延长部3在转盘2的周向上均匀分布，并且至少在一个延长部3上设有反光部4。

反光部4能够随转盘2转动，反光部每转动一圈，激光测速部5发射的激光至少垂直照射到反光部4一次，并经过反射部4的反射回到激光测速装置的接收器中，以通过激光多普勒效应得到反光部4转动的第一切向速度v₁。

在一些优选地实施方式中，如图1所示，激光测速部5竖直设置，即激光测速部5的激光水平发射，当反光部4转动到最高点时，激光测速部5发射的激光垂直照射到反光部4并经过反射部4的反射回到激光测速装置的接收器中。

当然，也可以调整激光测速部5的高度，使其与反光部4转动的最低点相对应，即反光部4在转动到最低点时，激光测速部5发射的激光垂直照射到反光部4并经过反射部4的反射回到激光测速装置5的接收器中。

需要说明的是，激光测速装置5发射激光的方式优选为定时发射，即仅在能够将激光垂直照射在反光部时发射激光，具体地，可以根据反光部4的转动速度来设置激光测速装置5的激光发射间隔，例如，在上述实施方式中，反光部转动到垂直于水平面时(根据设置可以是在转动的最高点或者最低点)，激光测速部5发射激光，使激光垂直照射到反光部4。

当然，也可以不间断的发射激光，最终过滤的其他噪音，只采集垂直照射到反射部并反射回来的光线信息。

在其他一些实施方式中，也可以通过改变激光测速装置5的设置角度，例如，设置在房顶等高处并呈一定的角度倾斜向下发射激光，而在此实施方式中，反光部4会在转动到过最高点或者未到最高点时就能够到垂直接收到激光。由此可知，只需要保证在反光部4在转动的某一个状态下，激光测速部5发射的激光能垂直照射到反光部并被反光部4反射回激光测速部5的接收器中即可，其他不作限定。

还需要说明的是，激光测速装置5为现有设备，其包括激光发射装置、激光反射后的接收器及用于处理数据的控制器即可，在此不再赘述。

参见图4所示，在一些具体地方式中，延长部3的数量可以是两个，两个延长部3在转盘2的周向上间隔180°设置。延长部3的数量也可以是三个，三个延长部3在转盘2的周向上间隔120°设置。当然，延长部3的数量也可以是四个，四个延长部3在转盘2的周向上间隔90°设置。

反光部4用于反射激光测速部所发射的激光，因此，反光部具有较好的反光效果即可，在一些具体实施方式中，反光部4可以是涂设在延长部3上的反光漆；也可以是粘贴在延长部3上的反光条(反光纸)；还可以是由反光头和设置在反光头上的反光条9构成，反光头可以为块状结构、也可以是条状结构，反光条9固定在反光头上，并通过反光头固定在延长部3上。

当反光部4由反光头和反光条组成时，可以至少在一个延长部3上设置反光部4，此时，在其它延长部3上设置与反光部4的形状、重量和体积均相同的配重部13，且配重部13距离转盘2的轴心的距离与反光部4距离转盘2的轴心的距离相同，以使转盘2在转动过程中能够保持更好的平衡，使标定的结果更准确。

计数器安装位置与转盘2相对固定，具体地，计数器的安装位置能够满足使延长部3经过计数器。例如，转盘2上设有两个延长部3，当转盘2转动时，两个延长部3分别扫过过计数器，计数器计数两次，记数两次对应转盘2转动一圈。当转盘2上设三个延长部3时，三个延长部3分别扫过计数器，计数器记数三次对应转盘2转动一圈，当转盘2上设四个延长部3时，四个延长部3分别扫过计数器，则记数四次对应转盘2转动一圈，以次类推。通过所述计数器记录得到的转盘2的转动圈数n，根据转动圈数n和转动n圈所需的时间t得到调速电机1的转速ω，转速ω＝n/t，进而通过公式v₂＝2πωR得到所述反光部的第二切向速度v₂，其中，R为反光部4的转动半径。通过第一切向速度v₁和第二切向速度v₂对比，得到第一切向速度v₁与第二切向速度v₂的标定系数，实现对自由活塞测速装置的标定。通过调整调速电机1的转速和/或反光部4的转动半径，可以针对不同的速度进行标定。

为了调整反光部的转动半径，参见图3所示，在一些优选地实施方式中，在延长部3上沿转盘2的径向间隔设有多个安装孔14，反光部4通过安装在不同的安装孔14调整反光部4与转盘2的轴心之间的距离，即实现反光部的转动半径的调整。基于上述优选实施方式，参见图2所示，在另外一些优选地实施方式中，反光头为台阶柱状结构，包括大端和小端，其中小端用以固定在延长部3上的安装孔14内，反光条9设置在大端。

具体地，小端可以通过螺纹、螺钉或者插接等方式与安装孔14连接固定。

在反光部4的位置有调整时，激光测速部5的高度也需进行相应地调整，使激光测速部5发射的激光能够垂直照射在反光部4，为了激光测速部5高度调整更方便，在一些优选地实施方式中，激光测速部5通过安装架固定，安装架在高度方向上间隔设有多个固定孔，激光测速部5通过安装在不同的固定孔调整激光测速部5的高度。

在一些优选地实施方式中，参见图1所示，计数器为光电计数器，包括光电计数器发射端7和光电计数器接收端8，当转盘2转动时，每当延长部3经过光电计数器发射端7与所述光电计数器接收端8之间一次，计数器计数一次。当然，在其他一些实施方式中，计数器也可以使用现有技术中其它一些计数器，以能够实现转盘2的转动记数即可，在此不做限定。

参见图4和图5所示，在一些优选的实施方式中，转盘2的周侧上设有与延长部3的数量相对应的安装槽15，且在转盘2上每个安装槽15的侧面位置均设有至少两个贯穿至安装槽15的定位销孔16；延长部3插入安装槽15内，且定位销6插入定位销孔16内，定位销6的一端顶在延长部3上，实现延长部3的固定。

在一个实施方式中，参考图1所示，调速电机1、激光测速部5、和计数器均安装在安装台12上。

实施例二

本实施例二提供了一种测速装置标定方法，该方法可以利用实施例一中所述的任一种测速装置标定系统对自由活塞的测速装置进行标定，具体地，该方法包括如下步骤：

启动所述调速电机1，调速电机1带动转盘2转动，反光部4随着转盘2转动，每转动一圈，激光测速部5发射的光线至少垂直照射在反光部4一次，通过激光多普勒效应得到反光部4转动的第一切向速度v₁；

通过计数器记录延长部扫过计数器的次数换算所述转盘的转动圈数n，根据转动圈数n和转动n圈所需的时间t，通过公式(Ⅰ)得到调速电机1的转速ω，进而通过公式(Ⅱ)得到反光部4的第二切向速度v₂；

v₂＝2πωR (Ⅱ)

其中，R为反光部4的转动半径；

通过第一切向速度v₁和第二切向速度v₂对比，得到第一切向速度v₁与第二切向速度v₂的标定系数，实现对自由活塞测速装置的标定。

通过调整调速电机1的转速和/或反光部4的转动半径，能够针对不同的速度进行标定。

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 (10)

1.一种测速装置标定系统，其特征在于，包括：

调速电机，所述调速电机的输出轴上设有转盘，所述转盘随所述输出轴转动，且在所述转盘的径向上设有至少两个延长部，各个所述延长部在所述转盘的周向上均匀分布，至少在一个所述延长部上设有反光部；

激光测速部，所述激光测速部与所述转盘的位置相对固定，所述反光部随着所述转盘转动，每转动一圈，所述激光测速部发射的光线至少垂直照射在所述反光部一次；

计数器，用于检测所述转盘的旋转圈数。

2.根据权利要求1所述的测速装置标定系统，其特征在于：所述反光部包括反光头和固定在所述反光头上的反光条。

3.根据权利要求2所述的测速装置标定系统，其特征在于：所述转盘上设有两个所述延长部，其中一个延长部上设有所述反光部，另一个所述延长部上设有配重部，所述配重部与所述反光部距离所述转盘的轴心的距离相同，且所述配重部与所述反光部的重量、体积和形状相同，使所述转盘保持转动平衡。

4.根据权利要求1所述的测速装置标定系统，其特征在于：所述反光部为涂设在所述延长部上的反光漆。

5.根据权利要求3或4所述的测速装置标定系统，其特征在于：

所述转盘上设有两个所述延长部，两个所述延长部上均设有一个反光部，且两个所述反光部距离所述转盘的轴心的距离相同。

6.根据权利要求2或3所述的测速装置标定系统，其特征在于：在所述延长部上沿所述转盘的径向间隔设有多个安装孔，所述反光部通过安装在不同的安装孔调整所述反光部与所述转盘轴心之间的距离。

7.根据权利要求1所述的测速装置标定系统，其特征在于：所述计数器为光电计数器，包括光电计数器发射端和光电计数器接收端，所述光电计数器发射端与所述光电计数器接收端位于所述转盘轴向的两侧，当所述转盘转动时，每当所述延长部经过所述光电计数器发射端与所述光电计数器接收端之间一次，所述计数器计数一次。

8.根据权利要求6所述的测速装置标定系统，其特征在于：所述激光测速部通过安装架固定，所述安装架在高度方向上间隔设有多个固定孔，所述激光测速部通过安装在不同的固定孔调整所述激光测速部的高度。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述测速装置标定系统进行标定的方法，其特征在于，包括以下步骤：

启动所述调速电机，所述调速电机带动所述转盘转动，所述反光部随着所述转盘转动，每转动一圈，所述激光测速部发射的光线至少垂直照射在所述反光部一次，通过激光多普勒效应得到所述反光部转动的第一切向速度v₁；

通过所述计数器记录所述转盘的转动圈数n，根据转动圈数n和转动n圈所需的时间t，通过公式(Ⅰ)得到调速电机的转速ω，进而通过公式(Ⅱ)得到所述反光部的第二切向速度v₂；

v₂＝2πωR (Ⅱ)

其中，R为所述反光部的转动半径；

通过第一切向速度v₁和第二切向速度v₂对比，得到第一切向速度v₁与第二切向速度v₂的标定系数，实现对自由活塞测速装置的标定。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：调整所述调速电机的转速和/或所述反光部的转动半径，针对不同的速度进行标定。