CN111308124B - 一种激波管测速传感器时间差确定方法 - Google Patents

一种激波管测速传感器时间差确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种激波管测速传感器时间差确定方法，包括：采集安装在激波管上的不同位置处的多个测速传感器的输出曲线；对所述多个测速传感器的输出曲线进行归一化处理；对归一化后的各测速传感器的输出曲线截取上升沿部分进行函数拟合，得到关于时间和输出值的一系列拟合函数；对所述一系列拟合函数之间进行时间轴方向的平移逼近处理；对平移逼近处理后的每两条拟合函数进行差方和值计算，将差方和值最小的平移距离确定为相应的两个测速传感器之间的时间差。本发明能够实现测速传感器时间差的准确计算，提高速度测量结果的准确度。

Description

一种激波管测速传感器时间差确定方法
技术领域
本发明属于计量测试领域，涉及一种激波管测速传感器时间差确定方法。
背景技术
随着科学技术的发展，动态压力测试与计量的需求越来越多。激波管是常见的一种动态压力校准装置，基于激波参数测量系统计算所形成的阶跃压力幅值等信息，校准频带宽、响应时间快的动态压力传感器。速度测量系统是激波参数测量系统的重要组成，也是影响阶跃压力测量结果不确定度的主要来源。根据速度计算公式，速度测量结果主要决定于测速传感器之间的距离和测速传感器对激波响应的时间差。
现有的测速传感器时间差计算方法是对测速传感器输出曲线设置固定阈值，在相同阈值时对各传感器响应时间作差值计算并取绝对值。由于传感器输出曲线容易受外界环境干扰导致不准确或失真，并且阈值设定具有随机性，选定单一阈值的随机误差很大，无法准确计算时间差，导致速度测量结果不准确，从而严重影响阶跃压力测量结果准确度和测量结果不确定度的评定。
发明内容
本发明的目的是提供一种激波管测速传感器时间差确定方法，能够实现测速传感器时间差的准确计算，提高速度测量结果的准确度。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种激波管测速传感器时间差确定方法，包括：采集安装在激波管上的不同位置处的多个测速传感器的输出曲线；对所述多个测速传感器的输出曲线进行归一化处理；对归一化后的各测速传感器的输出曲线截取上升沿部分进行函数拟合，得到关于时间和输出值的一系列拟合函数；对所述一系列拟合函数之间进行时间轴方向的平移逼近处理；对平移逼近处理后的每两条拟合函数进行差方和值计算，将差方和值最小的平移距离确定为相应的两个测速传感器之间的时间差。
优选地，所述对所述多个测速传感器的输出曲线进行归一化处理包括：对所述多个测速传感器的输出曲线分别求出上升沿的电压阶跃幅值，再用各测速传感器的输出曲线分别除以各自的电压阶跃幅值。
优选地，所述对归一化后的各测速传感器的输出曲线截取上升沿部分进行函数拟合包括：对归一化后的输出曲线的幅值的10％-90％部分进行截取，对截取部分进行函数拟合。
优选地，所述一系列拟合函数为函数方程组yi＝fi(x)，其中x为时间，y为输出值，i＝1～n，n为测速传感器的个数。
优选地，所述对所述一系列拟合函数之间进行时间轴方向的平移逼近处理包括：选取任意两条拟合函数y1＝f1(x)和y2＝f2(x)；将函数y2沿时间轴方向向函数y1平移距离L，记为y′2＝f′2(x)。
优选地，所述对平移逼近处理后的每两条拟合函数进行差方和值计算，将差方和值最小的平移距离确定为相应的两个测速传感器之间的时间差包括：对函数y1和、y′2分别取反函数即
Figure BDA0002436948810000021
和
Figure BDA0002436948810000022
在定义域内任意选取s个点进行差方和计算，差方和
Figure BDA0002436948810000023
将δ取值最小时的L作为函数y1和y2对应的两个测速传感器之间的时间差。
本发明实施例的激波管测速传感器时间差确定方法能够实现测速传感器时间差的准确计算，提高速度测量结果的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明实施例的激波管测速传感器时间差确定方法的流程示意图：
图2是本发明实施例的激波管测速传感器时间差确定方法的原理简图；
图3是本发明实施例中的测速传感器输出曲线示意图；
图4是本发明实施例中对测速传感器输出曲线进行归一化处理后的曲线示意图；
图5是本发明实施例中对归一化曲线的直线拟合结果示意图。
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，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明实施例提供一种激波管测速传感器时间差确定方法。图1是本发明实施例的激波管测速传感器时间差确定方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例的激波管测速传感器时间差确定方法包括步骤S1-S5：
步骤S1：采集安装在激波管上的不同位置处的多个测速传感器的输出曲线；
步骤S2：对所述多个测速传感器的输出曲线进行归一化处理；
步骤S3：对归一化后的各测速传感器的输出曲线截取上升沿部分进行函数拟合，得到关于时间和输出值的一系列拟合函数；
步骤S4：对所述一系列拟合函数之间进行时间轴方向的平移逼近处理；
步骤S5：对平移逼近处理后的每两条拟合函数进行差方和值计算，将差方和值最小的平移距离确定为相应的两个测速传感器之间的时间差。
首先通过图2对本发明实施例的原理进行简要说明。图2是本发明实施例的激波管测速传感器时间差确定方法的原理简图。如图2所示，本发明实施例的激波管测速传感器时间差确定方法对测速传感器输出曲线进行函数化拟合，得到函数1和函数2，在时间轴方向上将函数2向函数1进行平移逼近，平移距离L，得到平移后函数2，对平移后函数2与函数1之间的差方和值进行计算，差方和值最小的时间轴方向平移值即为最优时间差。本发明实施例的方法克服了现有计算方法阈值取值单一、计算结果随机误差大的问题，对提高速度测量结果不确定度具有重要意义。
以下对本发明实施例的激波管测速传感器时间差确定方法的各个步骤进行详细说明。
在步骤S1中，采集安装在激波管上的不同位置处的多个测速传感器的输出曲线。根据激波管设计原理，激波速度由v＝s/t所得，s为测速传感器之间的距离，t为测速传感器对激波响应的时间差。在一个激波管上至少安装3个以上的测速传感器，通过每两个测速传感器得到相应的两个测速传感器所在位置段内的激波速度值。可以通过速度测量系统采集到测速传感器输出曲线。
在本实施例中，以3个测速传感器为例，图3中示出测速传感器1、测速传感器2和测速传感器3的输出曲线，表示不同安装位置处的测速传感器对激波的响应。其中，横轴为时间(Time)，单位为ms，竖轴为输出电压(Output)，单位为V。
在步骤S2中，对所述多个测速传感器的输出曲线进行归一化处理。在该步骤中，具体地，归一化处理方法可以为：对不同传感器输出曲线分别求得上升沿的电压阶跃幅值Ai，分别为测速传感器1：3.7V，测速传感器2：3.2V，测速传感器3：3.5V，再由各输出曲线分别除以各自的阶跃幅值Ai。图4是对测速传感器输出曲线进行归一化处理后的曲线示意图，竖轴为归一化幅值(Normalized Amplitude)。
在步骤S3中，对归一化后的各测速传感器的输出曲线截取上升沿部分进行函数拟合，得到关于时间和输出值的一系列拟合函数。在该步骤中，所述一系列拟合函数是关于时间x和输出电压y的函数方程组yi＝fi(x)，其中i＝1～n，n为测速传感器的个数，y的取值区间为[a，b]。其中，[a，b]为yi的单调区间。
在本实施例中，对归一化结果幅值的10％-90％部分进行截取，对截取部分进行函数拟合。在本实施例中，假设截取部分为直线拟合，图5是对归一化曲线的直线拟合结果示意图，分别得到测速传感器1直线拟合为y1＝17.5x-0.6，测速传感器2直线拟合为y2＝16.5x-0.9，测速传感器3直线拟合为y3＝15.1x-0.2。其中，y＝fi(x)为值域区间[0.1，0.9]内单调函数，x为自变量。应当注意的是，值域区间要以相同定义区间内输出最小的曲线为上限。以图5为例，取值区间[0.1，0.9]中的0.9就是以测速传感器3的输出为上限，这样才能保证后述取反函数时定义域相同。
在步骤S4中，对所述一系列拟合函数之间进行时间轴方向的平移逼近处理。在本实施例中，选取函数方程组中任意两条曲线y1＝f1(x)和y2＝f2(x)，将y2沿时间轴方向向函数y1平移距离L，记为y′2＝f′2(x)。
在步骤S5中，对平移逼近处理后的每两条拟合函数进行差方和值计算，将差方和值最小的平移距离确定为相应的两个测速传感器之间的时间差。在本实施例中，对函数y1和y′2分别取反函数即
Figure BDA0002436948810000051
和
Figure BDA0002436948810000052
定义域为[a，b]。在定义域内任意选取s个点进行差方和计算，
Figure BDA0002436948810000053
当δ取值最小时，L即为函数y1和y2的时间差。
在本实施例中，具体地，对拟合测速传感器1和测速传感器2的拟合直线分别取反函数，得到
Figure BDA0002436948810000054
测速传感器2向测速传感器1方向逼近移动L后记为函数y′2，其反函数表示为
Figure BDA0002436948810000055
以差方和值最小时的时间轴平移距离L作为测速传感器1和测速传感器2拟合直线的时间差，等效于计算拟合直线的反函数在定义域内作差方和值计算。在本实施例中，例如在反函数定义域内任意选取5个输入值，计算
Figure BDA0002436948810000056
当δ取最小值时所对应的L为时间差。例如用matlab编程计算得到当L＝0.008ms时，δ取得最小值。则测速传感器1和测速传感器2对激波响应时间差为0.008ms。
综上所述，本发明实施例的激波管测速传感器时间差确定方法通过选取多点进行差方和值计算，有效消除随机误差影响，以差方和值最小作为依据判定平移距离，科学有效地将时间差计算算法引入的不确定度降低到最小。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (3)

1.一种激波管测速传感器时间差确定方法，其特征在于，包括：
采集安装在激波管上的不同位置处的多个测速传感器的输出曲线；
对所述多个测速传感器的输出曲线进行归一化处理；
对归一化后的各测速传感器的输出曲线截取上升沿部分进行函数拟合，得到关于时间和输出值的一系列拟合函数；
对所述一系列拟合函数之间进行时间轴方向的平移逼近处理；
对平移逼近处理后的每两条拟合函数进行差方和值计算，将差方和值最小的平移距离确定为相应的两个测速传感器之间的时间差，
所述一系列拟合函数为函数方程组yi＝fi(x)，其中x为时间，y为输出值，i＝1～n，n为测速传感器的个数，
所述对所述一系列拟合函数之间进行时间轴方向的平移逼近处理包括：
选取任意两条拟合函数y1＝f1(x)和y2＝f2(x)；
将函数y2沿时间轴方向向函数y1平移距离L，记为y′2＝f2′(x)，
所述对平移逼近处理后的每两条拟合函数进行差方和值计算，将差方和值最小的平移距离确定为相应的两个测速传感器之间的时间差包括：
对函数y1和y′2分别取反函数即
Figure FDA0003211439110000012
和y′2 -1，在定义域内任意选取s个点进行差方和计算，差方和
Figure FDA0003211439110000011
将δ取值最小时的L作为函数y1和y2对应的两个测速传感器之间的时间差。
2.根据权利要求1所述的激波管测速传感器时间差确定方法，其特征在于，所述对所述多个测速传感器的输出曲线进行归一化处理包括：
对所述多个测速传感器的输出曲线分别求出上升沿的电压阶跃幅值，再用各测速传感器的输出曲线分别除以各自的电压阶跃幅值。
3.根据权利要求1或2所述的激波管测速传感器时间差确定方法，其特征在于，所述对归一化后的各测速传感器的输出曲线截取上升沿部分进行函数拟合包括：
对归一化后的输出曲线的幅值的10％-90％部分进行截取，对截取部分进行函数拟合。
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