CN112595486A - 一种用于风洞旋转模型的测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于风洞旋转模型的测试系统及方法。包括：传感器模块，其用于感受所述风洞旋转模型的信息，并将感受到的信息转换为第一电信号输出；信号调理模块，其与所述传感器模块相连，用于将接收到的所述第一电信号进行信号解耦，并输出第二电信号；无线数据采集模块，其与所述信号调理模块相无线连接，用于传输所述第二电信号；上位机，其与所述无线数据采集模块相无线连接，用于接收所述第二电信号。该用于风洞旋转模型的测试系统改善了现有技术中针对风洞高速旋转模型的测试系统不能提供实时数据的问题。
Description
技术领域
本发明涉及风洞高速旋转模型测试与数据处理的技术领域，尤其是涉及一种用于风洞旋转模型的测试系统及方法。
背景技术
在实践工程的应用领域中，静态或简单的线性运动模型的测力系统显然无法满足测试需求，高速旋转轴系测力系统越来越多的应用于机械工业、航空航天等军用和民用产品研发中，例如在汽车和飞机的前期测试工作中，高速旋转轴系测力系统可以提供直观、全面、精准的测试数据，为产品的理论研制设计和故障分析提供重要的参考。
但是并没有能够针对风洞高速旋转模型提供实时数据的测试系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于风洞旋转模型的测试系统及方法，该测试装置能够解决现有技术中针对风洞高速旋转模型的测试系统不能提供实时数据的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于风洞旋转模型的测试系统，包括：传感器模块，其用于获取所述风洞旋转模型的信息，并将感受到的信息转换为第一电信号输出；
信号调理模块，其与所述传感器模块相连，用于将接收到的所述第一电信号进行信号解耦，并输出第二电信号；
无线数据采集模块，其与所述信号调理模块相无线连接，用于传输所述第二电信号；
上位机，其与所述无线数据采集模块相无线连接，用于接收所述第二电信号。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步地，所述传感器模块包括六分量天平，所述六分量天平与所述风洞旋转模型相对应设置，用于获取所述风洞旋转模型的信息，并将感受到的信息转换成第一电信号输出。
进一步地，所述传感器模块还包括陀螺仪传感器和轮毂传感器，所述陀螺仪传感器的轴系与所述轮毂传感器的轴系相固接，所述陀螺仪传感器用于实时测量所述轮毂传感器的轴系转角。
进一步地，所述陀螺仪传感器为九轴无线高速陀螺仪传感器。
进一步地，还包括角度编码器，所述风洞旋转模型具有轮毂旋转轴，所述角度编码器设于所述轮毂旋转轴，所述角度编码器用于记录所述轮毂传感器实时的轴系转角。
进一步地，所述传感器模块还包括加速度传感器，所述加速度传感器设于所述无线数据采集模块，用于采集三轴加速度、角速度和角加速度。
进一步地，所述风洞旋转模型具有模型坐标系、力和力矩；所述力包括地面切向反作用力、侧向力和法向力；所述力矩包括翻转力矩、扭矩和回正力矩，通过右手坐标系确定所述力矩的方向。
一种用于风洞旋转模型的测试方法；包括：
S101，通过传感器模块将获取到的信息转换为第一电信号输出；
S102，通过信号调理模块将接收到的第一电信号进行信号解耦，并输出第二电信号；
S103，通过无线数据采集模块传输第二电信号；
S104，通过上位机接收所述第二电信号。
本发明具有如下优点：
本发明中的用于风洞旋转模型的测试系统，通过传感器模块输出第一电信号，通过信号调理模块将接收到的所述第一电信号进行信号解耦，并输出第二电信号，通过无线数据采集模块将解耦后的第一电信号发送给上位机，通过上位机处理第二电信号；解决了现有技术中针对风洞高速旋转模型的测试系统不能提供实时数据的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例中测试系统的流程示意图；
图2为本发明实施例中测试方法的方法流程图；
图3为本发明实施例中测试系统的原理图。
附图标记说明：
传感器模块10，六分量天平101，陀螺仪传感器102，轮毂传感器103，加速度传感器104，信号调理模块20，无线数据采集模块30，上位机40。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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。
如图1-3所示，本发明提供了一种用于风洞旋转模型的测试系统，包括：
包括六分量天平101、陀螺仪传感器102、加速度传感器104、信号调理模块20、无线数据采集模块30，上位机40；通过多物理量系统测试与数据处理方法，提高六分量天平101测试数据的准确度。
传感器模块10，其用于获取所述风洞旋转模型的信息，并将获取到的信息转换为第一电信号输出；
信号调理模块20，其与所述传感器模块10相连，用于将接收到的所述第一电信号进行信号解耦，并输出第二电信号；通过信号调理模块20对旋转体模型天平进行应变信号解耦，修正天平参数。
无线数据采集模块30，其与所述信号调理模块20相无线连接，用于传输所述第二电信号；选用无线采集模块采集风洞天平信号，解决风洞高速旋转模型的数据采集问题。适用于风洞旋转模型转速0～1000rpm，工作温度-40℃～80℃。
上位机40，其与所述无线数据采集模块30相无线连接，用于接收所述第二电信号。提供可视化的上位机40软件，完成对六分量天平101、陀螺仪传感器102、加速度传感器104等数据量的采集与处理，完成对风洞高速旋转模型的惯性力/力矩的解耦与修正。
采用六分量天平101，开展测试工作，结合其它传感器搭建测力系统，实现对传感器数据的采集与处理，对六分量力进行力解耦消除惯性力/力矩，开发专用人机交互测试软件，实现风洞模型测试中力学特性的精确性。
用数据调理模块对天平输出的电信号进行解调处理；由于风洞高速旋转模型测力过程中，模型处于一个高速旋转的运动状态，为解决旋转部件与非旋转部件间的非接触式信号传输问题，选用了无线数据采集系统，将解调后的各传感器数据打包，通过无线传输的方式发送给上位机40。
所述传感器模块10包括六分量天平101，所述六分量天平101设于所述风洞旋转模型，用于获取所述风洞旋转模型的信息，并将感受到的信息转换成第一电信号输出。风洞高速旋转体模型通过内部的六分量天平101作为多分量力传感器进行气动力测试，与一般的多分量力传感器不同，高速旋转轴系测力传感器的特点在于其安装在高速旋转的模型上。
传感器模块10安装在高速旋转的模型上，并随模型运动，因而使得传感器模块10处于一个复杂运动场，这会不可避免的产生运动-力耦合，从而影响测量精度。该精度误差主要是由各传感器自身结构在加速度场下产生了附加惯性力/力矩，从而导致的惯性耦合误差。
首先，对单维线加速度下的惯性载荷分布进行计箅，计算该单维加速度下的传感器自身惯性载荷，同时对该附加载荷对产生的附加耦合输出进行了理论解析，最后根据使用的传感器模块10实际情况，进行六分量力/力矩进行惯性解耦。
所述传感器模块10还包括陀螺仪传感器102和轮毂传感器103，所述陀螺仪传感器102的轴系与所述轮毂传感器103的轴系相固接，所述陀螺仪传感器102用于实时测量所述轮毂传感器103的轴系转角。
所述陀螺仪传感器102为九轴无线高速陀螺仪传感器102。
还包括角度编码器，所述风洞旋转模型具有轮毂旋转轴，所述角度编码器设于所述轮毂旋转轴，所述角度编码器用于记录所述轮毂传感器103实时的轴系转角。
所述传感器模块10还包括加速度传感器104，所述加速度传感器104设于所述无线数据采集模块30，用于采集三轴加速度、角速度和角加速度。测量风洞高速旋转体模型的物理参数，选用三轴加速度计和陀螺仪，目前三轴加速度计已集成到无线数据采集装置上，陀螺仪模块选用九轴无线高速陀螺仪传感器102，其轴系与轮毂传感器103的轴系固连，可实时测量轮毂传感器103的轴系转角。
所述风洞旋转模型具有模型坐标系、力和力矩；所述力包括地面切向反作用力、侧向力和法向力；所述力矩包括翻转力矩、扭矩和回正力矩，通过右手坐标系确定所述力矩的方向。
在对高速旋转轴系的六分量力进行运动-力解耦之前，先对单分量加速度下的惯性载荷分布进行计箅，计算该单维加速度下的传感器自身惯性载荷；这需要先建立一个旋转轴系的转角与转速的标定，在轮毂旋转轴上安装一个角度编码器，在高速旋转的过程中记录下实际的转角，计算得到旋转轴系的转角速与角加速度，对陀螺仪传感器102与集成在轮毂无线传输模块上的加速度传感器104采集到的三轴加速度、角速度与角加速度等数据进行标定校准，同时得到旋转轴系下，三轴加速度与旋转角速度角、加速度的转换关系，得到关系矩阵。
最后根据测试过程中加速度传感器104与陀螺仪传感器102测得的六维度方向上的加速度/角速度得到惯性力/力矩，在轮毂传感器103测得的六分量载荷上减去惯性力/力矩。
基于风洞高精度天平技术，根据风洞高速旋转模型坐标系及各个力和力矩的定义模型受力作用有三个力和三个力矩:地面切向反作用力(或纵向力)Fx、侧向力Fy、法向力(或垂直载荷)Fz、翻转力矩Mx、扭矩My以及回正力矩Mz,以上各力矩的方向按右手坐标系确定。模型的许多性能参数均由此坐标系和六分力确定,本发明所设计的车轮六分力传感器就是要实现对上述三个力和力矩的准确测量。
选用信号调理模块20、数据采集模块对天平传感器直接输出的电信号进行信号解耦，使传感器输出的六通道力/力矩信号与轮毂六分量力对应相关；因为轮毂传感器103处于高速旋转轴系中，一般的接触式的有线传输无法有效的在高速旋转传感器与固定不动的测试电脑(上位机40)之间建立联系，所以采用非接触式的无线传输方法，将传感器六分量力数据传输到上位机40进行处理。选用可靠高效的无线传输模块对应本项目是十分有必要的。
如图2所示，一种用于风洞旋转模型的测试方法；包括：
S101，传感器模块输出第一电信号。
本步骤中，通过传感器模块10将感受到的信息转换为第一电信号输出；
S102，信号调理模块第一电信号进行信号解耦并输出第二电信号。
本步骤中，通过信号调理模块20将接收到的第一电信号进行信号解耦，并输出第二电信号；
S103，无线数据采集模块传输第二电信号。
本步骤中，通过无线数据采集模块30传输第二电信号；
S104，上位机接收第二电信号。
本步骤中，通过上位机40接收所述第二电信号。
该用于风洞旋转模型的测试系统使用过程如下：
使用时，操作人员通过传感器模块10将感受到的信息转换为第一电信号输出；通过信号调理模块20将接收到的第一电信号进行信号解耦，并输出第二电信号；通过无线数据采集模块30传输第二电信号；通过上位机40接收所述第二电信号。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。
Claims (8)
1.一种用于风洞旋转模型的测试系统，其特征在于，包括：
传感器模块，其用于获取所述风洞旋转模型的信息，并将感受到的信息转换为第一电信号输出；
信号调理模块，其与所述传感器模块相连，用于将接收到的所述第一电信号进行信号解耦，并输出第二电信号；
无线数据采集模块，其与所述信号调理模块相无线连接，用于传输所述第二电信号；
上位机，其与所述无线数据采集模块相无线连接，用于接收所述第二电信号。
2.根据权利要求1所述用于风洞旋转模型的测试系统，其特征在于，所述传感器模块包括六分量天平，所述六分量天平与所述风洞旋转模型相对应设置，用于获取所述风洞旋转模型的信息，并将感受到的信息转换成第一电信号输出。
3.根据权利要求1所述用于风洞旋转模型的测试系统，其特征在于，所述传感器模块还包括陀螺仪传感器和轮毂传感器，所述陀螺仪传感器的轴系与所述轮毂传感器的轴系相固接，所述陀螺仪传感器用于实时测量所述轮毂传感器的轴系转角。
4.根据权利要求3所述用于风洞旋转模型的测试系统，其特征在于，所述陀螺仪传感器为九轴无线高速陀螺仪传感器。
5.根据权利要求1所述用于风洞旋转模型的测试系统，其特征在于，还包括角度编码器，所述风洞旋转模型具有轮毂旋转轴，所述角度编码器设于所述轮毂旋转轴，所述角度编码器用于记录所述轮毂传感器实时的轴系转角。
6.根据权利要求1所述用于风洞旋转模型的测试系统，其特征在于，所述传感器模块还包括加速度传感器，所述加速度传感器设于所述无线数据采集模块，用于采集三轴加速度、角速度和角加速度。
7.根据权利要求1所述用于风洞旋转模型的测试系统，其特征在于，所述风洞旋转模型具有模型坐标系、力和力矩；所述力包括地面切向反作用力、侧向力和法向力；所述力矩包括翻转力矩、扭矩和回正力矩，通过右手坐标系确定所述力矩的方向。
8.一种用于风洞旋转模型的测试方法；其特征在于，包括：
S101，通过传感器模块将感受到的信息转换为第一电信号输出；
S102，通过信号调理模块将接收到的第一电信号进行信号解耦，并输出第二电信号；
S103，通过无线数据采集模块传输第二电信号；
S104，通过上位机接收所述第二电信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210402 |