CN114323542A - 一种风洞动态试验多信号采集同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风洞动态试验多信号采集同步方法，利用模型运动的相位信息产生同步信号，并利用该同步信号触发其他数据采集设备，用于动态试验多信号的同步采集；本发明结合风洞动态试验通常为往复振荡运动的特点，采用了轨迹测量装置和软件逻辑控制相结合的方式产生相位同步信号，通过测量控制技术实现了相位同步信号的精确生成，实现了风洞动态试验多信号同步，提高了多信号的同步精度，本发明使用过程灵活快捷方便，工作性能稳定可靠，很好的解决了以往同步方式中需要重新作标记或调整传感器的问题，增强了试验工况的适应性，提高了效率。

Description

一种风洞动态试验多信号采集同步方法

技术领域

本发明涉及风洞试验领域，具体涉及一种风洞动态试验多信号采集同步方法。

背景技术

在风洞试验中，特别是动态试验需要研究飞行器模型在动态运动过程中的气动载荷、变形、流场等特性。这些特性是和运动过程的相位相关的，不同的相位气动载荷、变形、流场等特性都是不同的，为了研究不同相位下的特性，必须在给定相位处采集信号，这就需要检测运动曲线相位，当模型运动到指定相位时控制一个或多个数据采集设备采集数据。目前常用方法是在运动机构的特定位置安装标记点，通过接近开关（激光传感器或者霍尔传感器等）检测标记点位置，然后通过检测信号同步其他采集设备，这种方法在指定相位变化时需要重新确定标记点位置，效率低，费时费力。因此需要一种能够在机构运行过程中任意设定相位并产生同步信号的方法，从而实现多种信号的同步采集。

发明内容

本发明的目的是设计并实现一种风洞动态试验多信号采集同步方法，利用模型运动的相位信息产生同步信号，并利用该同步信号触发其他数据采集设备，用于动态试验多信号的同步采集。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种风洞动态试验多信号采集同步方法，包括以下步骤：

S1：将位移传感器安装于运动机构上，获取试验模型运动轨迹，模型轨迹值由小到大为正行程，由大到小为负行程；

S2：将获取的试验模型运动轨迹转换为±5V范围内的模拟电压信号；

S3：通过数据采集模块采用采集模式将模拟电压信号采集并记录；

S4：记录模型的实时轨迹值

，设定一个需要同步的相位所对应的轨迹值

，设定误差范围

；

S5：根据S4中的参数，通过逻辑控制生成同步信号；

S6：同步信号通过数据采集模块的数字I/O接口输出，将该信号连接至其他需要同步的设备，实现多信号同步采集。

在上述技术方案中，多信号同步方法包括以下步骤：

A1:在运动机构旋转轴或移动轴处安装用于运动轨迹测量的位移传感器；

A2：确定运动轨迹的起始相位、平衡角或平衡位置、振幅和振荡频率，运动机构开始按照正弦或者余弦曲线运动；

A3：确定数据采集模块的采集频率和滤波频率，按照连续采集模式采集位移传感器输出的运动轨迹；

A4：根据不同的同步模式生成同步信号，通过数据采集模块的数字I/O接口输出至需要同步的其他设备；

A5：试验结束后，停止数据采集。

在上述技术方案中，所述同步模式具有两种模式：

模式一为只在正行程或负行程过程中单次同步，

模式二为在正行程和负行程过程中均同步。

在上述技术方案中，同步信号的生成包括以下步骤：

B1：当只在正行程或负行程过程中进行单次同步时，按照下述逻辑生成同步信号：

当

时，输出5V高电平，反之输出0V低电平；

B2：当正行程和负行程过程中均同步，按下述逻辑生成同步信号：

当

时，输出5V高电平，延时

后转为0V低电平输出，由

的大小决定输出脉冲的脉宽。

在上述技术方案中，所述数据采集模块的采集频率按照机构振荡频率的1000倍确定，所述数据采集模块的滤波频率按照机构振荡频率的10倍确定。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明的风洞动态试验多信号同步方法，结合风洞动态试验通常为往复振荡运动的特点，采用了轨迹测量装置和软件逻辑控制相结合的方式产生相位同步信号，通过计算机测量控制技术实现了相位同步信号的精确生成，实现了风洞动态试验多信号同步，提高了多信号的同步精度。通过软件实现同步模式选择和任意同步相位的设置，可满足不同试验的同步需求，提高了试验效率，而且装置结构简单实用，使用过程灵活快捷方便，工作性能稳定可靠，很好的解决了以往同步方式中需要重新作标记或调整传感器的问题，增强了试验工况的适应性，提高了效率。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图１是信号同步装置的结构框图；

图２是信号同步方法工作流程框图；

图３是单行程同步信号生成模式示意图；

图4是双行程同步信号生成模式示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本实施例主要由轨迹测量传感器、数据采集模块和控制软件三部分组成，如图1所示。其中轨迹测量和同步信号生成均在计算机上完成。轨迹测量传感器安装于运动机构的转轴或移动轴上，将轨迹位移转换为±5V模拟信号，模拟信号进入数据采集模块，数据采集模块通过A/D转换，将模拟信号转换为数字信号，控制软件读取数字信号通过同步信号生成逻辑生成同步信号，同步信号以TTL电平通过数据采集模块的数字I/O接口输出至需要同步的其他设备，实现在给定相位处触发其他设备采集数据。

如图2所示，控制软件功能包括参数设置、数据采集、低通滤波、同步信号生成、同步信号输出等。其实现过程如下：

首先根据试验要求，设置采集模块的采样频率和滤波频率，开始采集数据，进入采集数据循环不断采集轨迹数据，采集到的轨迹数据通过低通滤波器，滤除数据中的噪声信号，使轨迹数据平滑。然后通过同步信号生成逻辑生成同步信号。最后将生成的同步信号通过数据采集模块的数字I/O接口输出，转换为TTL电平信号，高电平为5V，低电平为0V。

重复上述过程，直至试验结束。

在本实施例中，同步信号生成模式有两种，如图3所示是一种是只在正行程或负行程过程中生成一个同步信号，模型轨迹为正弦曲线运动，当模型由负位移向正位移运动过程中，在给定相位处生成一个上升沿的脉冲信号，外部设备通过此上升沿触发同步，需要由正位移向负位移运动时触发，只需要将脉冲信号取反即可。如图4所示，另一种是分别在正行程和负行程生成一个同步信号，模型轨迹为正弦曲线运动，当模型由负位移向正位移运动过程中，在给定相位处生成一个上升沿的脉冲信号，由正位移向负位移运动时，会在幅值相同位置处同样生成一个上升沿的脉冲信号，外部设备在一个运动周期内被触发两次。

在本实施例中，采集到的模型实时轨迹值记为Ai，需要同步的相位所对应的轨迹值记为AΦ，给定误差范围记为ΔA。同步信号生成方法如下：

（1）只在正行程或负行程过程中单次同步，按下述逻辑生成同步信号：

当

时，输出5V高电平，反之输出0V低电平。

（2）在正行程和负行程过程中均同步，按下述逻辑生成同步信号：

当

时，输出5V高电平，延时Δt时间后转为0V低电平输出，Δt决定了输出脉冲的脉宽。

在本实施例中，控制过程不需要停止试验即可改变设定的同步相位，以满足不同的试验需要，提高了信号同步的灵活性和适应性，提高了试验效率。

在本实施例中，所有的参数均通过控制软件人机界面设置，不需要更改传感器安装位置和试验模型的初始位置，操作简单灵活。

在本实施例中，采用的方法简单可靠，大大简化了该类产品的设计，降低了成本，提高了使用灵活性和可靠性。

参照如图3和图4所示的曲线图，在某项实验时产生的同步信号，在软件中设置采样频率为1000Hz，滤波频率为20Hz，模型运动轨迹为正弦波形，此时Ai=5×sin（i），在软件中设置同步相位为Φ=0.2π，当模型运动到相位Φ时，此时模型位置为AΦ=5×sin（0.2π）=2.94，根据同步信号生成逻辑，在Ai=AΦ=2.94时产生同步信号，在需要改变相位时，直接在软件中设置相位，不需要停止试验。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.一种风洞动态试验多信号采集同步方法，其特征在于在不更改位移传感器安装位置和试验模型的初始位置的前提下实现采集同步，包括以下步骤：

S1：将位移传感器安装于运动机构上，获取试验模型运动轨迹，模型轨迹值由小到大为正行程，由大到小为负行程；

S2：将获取的试验模型运动轨迹转换为±5V范围内的模拟电压信号；

S3：通过数据采集模块采用采集模式将模拟电压信号采集并记录；

S4：记录模型的实时轨迹值

，设定一个需要同步的相位所对应的轨迹值

，设定误差范围

；

S5：根据S4中的参数，通过逻辑控制生成同步信号；

S6：同步信号通过数据采集模块的数字I/O接口输出，将该同步信号连接至其他需要同步的设备，实现多信号同步采集。

2.根据权利要求1所述的一种风洞动态试验多信号采集同步方法，其特征在于在S6中，所述多信号同步包括以下步骤：

A1:在运动机构旋转轴或移动轴处安装用于运动轨迹测量的位移传感器；

A2：确定运动轨迹的起始相位、平衡角或平衡位置、振幅和振荡频率，运动机构开始按照正弦或者余弦曲线运动；

A3：确定数据采集模块的采集频率和滤波频率，按照连续采集模式采集位移传感器输出的运动轨迹；

A4：根据不同的同步模式生成同步信号，通过数据采集模块的数字I/O接口输出至需要同步的其他设备；

A5：试验结束后，停止数据采集。

3.根据权利要求2所述的一种风洞动态试验多信号采集同步方法，其特征在于所述同步模式具有两种模式：

模式一为只在正行程或负行程过程中单次同步，

模式二为在正行程和负行程过程中均同步。

4.根据权利要求3所述的一种风洞动态试验多信号采集同步方法，其特征在于所述同步模式中同步信号的生成包括以下步骤：

B1：当只在正行程或负行程过程中进行单次同步时，按照下述逻辑生成同步信号：

当

时，输出5V高电平，反之输出0V低电平；

B2：当正行程和负行程过程中均同步，按下述逻辑生成同步信号：

当

时，输出5V高电平，延时

后转为0V低电平输出，由

的大小决定输出脉冲的脉宽。

5.根据权利要求1或2所述的一种风洞动态试验多信号采集同步方法，其特征在于所述数据采集模块的采集频率按照运动机构振荡频率的1000倍确定，所述数据采集模块的滤波频率按照运动机构振荡频率的10倍确定。

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