CN111665012B - 一种便携式智能流场测量仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种便携式智能流场测量仪，其包括流场测量装置和空间定位装置，流场测量装置包括手持测量杆、测量探头、压力传感器组、姿态传感器、数据采集器和数据处理器，测量探头设于手持测量杆顶端，测量探头下方的手持测量杆上设有若干定位标记，测量探头感应每一测量点的气流压力；压力传感器组将气流压力转变为电信号；数据采集器将电信号转换成数字信号；姿态传感器实时获取测量探头的姿态信息；空间定位装置实时对若干定位标记进行定位，得到每一测量点下测量探头在惯性坐标系下的空间位置；数据处理器则对数字信号、姿态信息、空间位置进行处理得到区域流场的压力云图和速度流线图。本发明能够实时、快捷地测量流场。

Description

一种便携式智能流场测量仪
技术领域
本发明涉及流场测量技术领域，特别是涉及一种便携式智能流场测量仪。
背景技术
在低速风洞试验、外场流场测试等大多数空气动力学实验研究中，需要对所关心的流场区域进行定量的测量，目前常用的测量手段有粒子图像测速(PIV)、激光多普勒测速(LDV)、多孔探针测量。这些测量手段需要大量的前期准备，如PIV需要激光光路的搭建，相机角度的选取，拍摄视场的标定等；多孔探针测量需要搭建移动测量架，调试测量控制系统等。然而，在试验空间有限、实验时间紧张、无辅助机构的情况下，目前的测量手段存在较大的局限性。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种便携式智能流场测量仪，能够实时、快捷地测量流场。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种便携式智能流场测量仪，包括流场测量装置和空间定位装置，所述流场测量装置包括手持测量杆、测量探头、压力传感器组、姿态传感器、数据采集器和数据处理器，所述测量探头设于手持测量杆顶端，所述测量探头下方的手持测量杆上设有若干定位标记；所述测量探头用于随着手持测量杆的移动感应每一测量点的气流压力；所述压力传感器组用于将测量探头感受到的气流压力转变为电信号；所述数据采集器用于将电信号转换成数字信号，并传输至数据处理器；所述姿态传感器用于实时获取测量探头的姿态信息，并将姿态信息传输至数据处理器，所述姿态信息包括测量探头在惯性坐标系下的俯仰角、滚转角和偏航角；所述空间定位装置用于实时对所述若干定位标记进行定位，根据定位标记的定位信息得到每一测量点下测量探头在惯性坐标系下的空间位置，并将所述空间位置传输至数据处理器；所述数据处理器用于对所述数字信号进行解算得到每一测量点的气流信息，根据所述姿态信息将每一测量点的气流信息从与测量探头固连的机体坐标系转换到惯性坐标系，将坐标转换后的每一测量点的气流信息与每一测量点下测量探头在惯性坐标系下的空间位置配对，并将所有测量点的气流信息组成区域流场信息点云，以及利用插值算法将区域流场信息点云进行空间网格化处理得到区域流场的压力云图和速度流线图，其中，所述气流信息包括气流速度大小、气流方向以及气流压力。
优选的，所述流场测量装置还包括显示屏，所述显示屏用于显示区域流场的压力云图和速度流线图。
优选的，所述流场测量装置还包括通信模组，所述通信模组用于通过无线或有线传输方式将区域流场的压力云图和速度流线图发送给其它设备。
优选的，所述流场测量装置还包括存储器，所述存储器用于存储区域流场的压力云图和速度流线图。
优选的，所述定位标记为红外信号标记，所述空间定位装置用于采用多目视觉定位技术实时对所述若干定位标记进行定位。
优选的，所述压力传感器组包括差压传感器、绝压传感器、温度传感器。
优选的，所述姿态传感器、数据采集器、数据处理器、通信模组和存储器封装于机体中，所述显示屏设置在机体表面，所述机体设于手持测量杆底部。
优选的，所述空间定位装置还包括三脚架和云台，所述三脚架和云台可拆卸连接，所述空间定位装置安装于云台上。
优选的，所述测量探头为七孔探头或五孔探针。
优选的，所述空间定位装置中还设有电池，所述电池用于为空间定位装置和流场测量装置供电。
本发明的有益效果是：本发明基于单点流场测量方式，同时将数据采集、数据处理结合为一体，达到便携化的目，可以不借助任何辅助机构和设备，获得区域三维空间的流场信息，从而能够实时、快捷地测量流场。
附图说明
图1是本发明实施例的便携式智能流场测量仪的结构示意图。
图2是本发明实施例的便携式智能流场测量仪的原理框图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅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。
参阅图1和图2，本发明实施例的便携式智能流场测量仪包括流场测量装置10和空间定位装置20，流场测量装置10包括手持测量杆11、测量探头12、压力传感器组13、姿态传感器14、数据采集器15和数据处理器16，测量探头12设于手持测量杆11顶端，测量探头12下方的手持测量杆11上设有若干定位标记111。
测量探头12用于随着手持测量杆11的移动感应每一测量点的气流压力。测量探头12可以为七孔探头或五孔探针。手持测量杆11可以由测量人员手持，在需要测量的区域移动。
压力传感器组13用于将测量探头12感受到的气流压力转变为电信号。压力传感器组13靠近测量探头12设置，例如手持测量杆11为中空结构，压力传感器组13设置在手持测量杆11的顶端内部。压力传感器组12包括但不限于差压传感器、绝压传感器、温度传感器。
数据采集器15用于将电信号转换成数字信号，并传输至数据处理器16
姿态传感器14用于实时获取测量探头12的姿态信息，并将姿态信息传输至数据处理器16，姿态信息包括测量探头12在惯性坐标系下的俯仰角、滚转角和偏航角。
空间定位装置20用于实时对若干定位标记111进行定位，根据定位标记的定位信息得到每一测量点下测量探头12在惯性坐标系下的空间位置，并将空间位置传输至数据处理器16。需要注意的是，空间定位装置20是对定位标记111进行定位，而不是对测量探头12进行定位，但是测量探头12与定位标记111之间的距离是固定的，根据该距离以及定位标记111的定位信息可以推算出测量探头12在惯性坐标系下的空间位置。该推算过程可以由空间定位装置20进行，也可以由数据处理器16进行。
数据处理器16用于对数字信号进行解算得到每一测量点的气流信息，根据姿态信息将每一测量点的气流信息从与测量探头12固连的机体坐标系转换到惯性坐标系，将坐标转换后的每一测量点的气流信息与每一测量点下测量探头12在惯性坐标系下的空间位置配对，并将所有测量点的气流信息组成区域流场信息点云，以及利用插值算法将区域流场信息点云进行空间网格化处理得到区域流场的压力云图和速度流线图，其中，气流信息包括气流速度大小、气流方向以及气流压力。
在本实施例中，流场测量装置20还包括显示屏17、通信模组18和存储器19。显示屏17用于显示区域流场的压力云图和速度流线图。通信模组18用于通过无线或有线传输方式将区域流场的压力云图和速度流线图发送给其它设备。存储器19用于存储区域流场的压力云图和速度流线图。
空间定位装置20可以采用多种定位方式来对定位标记进行定位，例如多目视觉空间定位、激光定位，在本实施例中，定位标记111为红外信号标记，空间定位装置20用于采用多目视觉定位技术实时对若干定位标记111进行定位。
为了进一步增加便携性，姿态传感器14、数据采集器15、数据处理器16、通信模组18和存储器19封装于机体100中，显示屏17设置在机体100表面，机体100设于手持测量杆11底部。同时，考虑在某些情况下不便于外部供电，在本实施例中，空间定位装置20中还设有电池21，电池21用于为空间定位装置20和流场测量装置10供电。在本实施例中，机体100上还设有操控板101，操控板101与数据处理器16连接，通过操控板101实现人机交互，例如设定测量参数等。
为了方便现场安装和固定，空间定位装置20还包括三脚架22和云台23，三脚架22和云台23可拆卸连接，空间定位装置20安装于云台23上。
通过上述方式，本发明实施例的便携式智能流场测量仪区别于传统流场测量方式，具有以下优点：
1.可实现流场信息(包括流场速度矢量、静压、总压)的三维测量与显示；
2.无需搭建结构平台和外部辅助设备(包括电源)，不受场地限制，使用便捷；
3.采用嵌入式技术，集成度高，体积小，重量轻；
4.自带数据采集、数据处理、数据显示、数据存储以及空间定位功能，可实现即采即得(实时采集、处理、显示)，实现智能测量。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种便携式智能流场测量仪，其特征在于，包括流场测量装置和空间定位装置，所述流场测量装置包括手持测量杆、测量探头、压力传感器组、姿态传感器、数据采集器和数据处理器，所述测量探头设于手持测量杆顶端，所述测量探头下方的手持测量杆上设有若干定位标记；
所述测量探头用于随着手持测量杆的移动感应每一测量点的气流压力；
所述压力传感器组用于将测量探头感受到的气流压力转变为电信号；
所述数据采集器用于将电信号转换成数字信号，并传输至数据处理器；
所述姿态传感器用于实时获取测量探头的姿态信息，并将姿态信息传输至数据处理器，所述姿态信息包括测量探头在惯性坐标系下的俯仰角、滚转角和偏航角；
所述空间定位装置用于实时对所述若干定位标记进行定位，根据定位标记的定位信息得到每一测量点下测量探头在惯性坐标系下的空间位置，并将所述空间位置传输至数据处理器；
所述定位标记为红外信号标记，所述空间定位装置用于采用多目视觉定位技术实时对所述若干定位标记进行定位；
所述数据处理器用于对所述数字信号进行解算得到每一测量点的气流信息，根据所述姿态信息将每一测量点的气流信息从与测量探头固连的机体坐标系转换到惯性坐标系，将坐标转换后的每一测量点的气流信息与每一测量点下测量探头在惯性坐标系下的空间位置配对，并将所有测量点的气流信息组成区域流场信息点云，以及利用插值算法将区域流场信息点云进行空间网格化处理得到区域流场的压力云图和速度流线图，其中，所述气流信息包括气流速度大小、气流方向以及气流压力。
2.根据权利要求1所述的便携式智能流场测量仪，其特征在于，所述流场测量装置还包括显示屏，所述显示屏用于显示区域流场的压力云图和速度流线图。
3.根据权利要求2所述的便携式智能流场测量仪，其特征在于，所述流场测量装置还包括通信模组，所述通信模组用于通过无线或有线传输方式将区域流场的压力云图和速度流线图发送给其它设备。
4.根据权利要求3所述的便携式智能流场测量仪，其特征在于，所述流场测量装置还包括存储器，所述存储器用于存储区域流场的压力云图和速度流线图。
5.根据权利要求1至4任一项所述的便携式智能流场测量仪，其特征在于，所述定位标记为红外信号标记，所述空间定位装置用于采用多目视觉定位技术实时对所述若干定位标记进行定位。
6.根据权利要求5所述的便携式智能流场测量仪，其特征在于，所述压力传感器组包括差压传感器、绝压传感器、温度传感器。
7.根据权利要求3所述的便携式智能流场测量仪，其特征在于，所述姿态传感器、数据采集器、数据处理器、通信模组和存储器封装于机体中，所述显示屏设置在机体表面，所述机体设于手持测量杆底部。
8.根据权利要求1所述的便携式智能流场测量仪，其特征在于，所述空间定位装置还包括三脚架和云台，所述三脚架和云台可拆卸连接，所述空间定位装置安装于云台上。
9.根据权利要求1所述的便携式智能流场测量仪，其特征在于，所述测量探头为七孔探头或五孔探针。
10.根据权利要求7所述的便携式智能流场测量仪，其特征在于，所述空间定位装置中还设有电池，所述电池用于为空间定位装置和流场测量装置供电。
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