CN114459674B - 高频压力传感器幅频特性的动态校测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高频压力传感器幅频特性的动态校测方法及系统，所述动态校测方法基于空气动力学原理产生一个具有特定频域分布的高频压力信号，以作为动态校测的输入信号，所述具有特定频域分布的高频压力信号的典型频率更高、频带更宽，不受上升时间等不确定因素的干扰，能够更加简单、准确地校测得到高频压力传感器的幅频特性。并且，采用激光流场显示技术通过对高速流场流动图片进行时空转换，基于时间相关的流场显示结果将空间上的信号转换为时域信号，通过FFT转换即可确定输入信号的幅频分布特性，相比于现有的激波管校准方法在确定输入信号时引入的许多假设所导致的测量误差大，大幅降低了校测误差，进而大大提升了动态校测的精度。

Description

高频压力传感器幅频特性的动态校测方法及系统
技术领域
本发明涉及压力传感器校测技术领域，特别地，涉及一种高频压力传感器幅频特性的动态校测方法及系统。
背景技术
压力测量具有重要的科学价值和工程应用价值，它广泛存在于以航空航天为代表的诸多核心科学技术领域。所有压力传感器出厂之前都需要进行校测，其主要目的是检验压力传感器各项性能指标。压力传感器校测可以分为静态校测和动态校测，其中，压力传感器静态校测主要关注传感器线性度、重复性、迟滞等静态特性，静态校测过程相对容易，压力传感器的静态压力测量精度也相对较高。而传感器动态特性又可以分为时域特性和频域特性两类：时域特性是指压力传感器受到冲击波激励时，其输出信号随时间变化的规律，相关性能指标包括上升时间、阻尼比、固有频率和过冲量等；频域特性指的是传感器受到激励时其输出信号随频率变化的规律，相关性能指标包括通频带、相频特性和幅频特性等。其中，传感器幅频特性通常可以认为是传感器测量得到的不同频率信号的幅值与真实的对应频率信号的幅值之比，只有通过校测得到传感器的幅频特性，才能够根据传感器的输出信号求出对应的真实信号的幅值分布信息。传感器的幅频特性具有直观简便的特点，应用普遍，因此备受关注，随着科学技术的发展，现在对高频动态压力精确测量的需求越来越迫切，特别是当压力信号频率高(通常达到100kHz量级)，同时压力幅值又较小时(10Pa量级)，此时对于这样的压力信号测量就会产生较大的误差，因此，为了对高频率压力信号进行更为准确的测量，这就亟需解决传感器幅频特性的动态校测问题。
目前，压力传感器幅频特性的动态校测方法主要可以分为两大类：一类是基于周期性压力信号进行校测，周期性信号可以基于傅里叶变换分解为多个不同频率和不同幅值的信号，相当于多个不同的信号同时作用于传感器，从而可以根据传感器在已知信号作用下的响应情况校测得到其幅频特性。其中，可以产生周期性压力信号的装置包括正弦压力发生器、周期脉冲压力发生器等，周期性压力信号的幅值能够达到很高，但是其信号频率一般较低(小于kHz量级)，一般适用于低频压力校准，因此这种方法对于高频压力传感器的动态校测不适用。
另外一类是基于非周期性的脉冲/阶跃压力信号对传感器动态特性进行校测，产生这类压力信号的装置包括激波管、快开阀和落锤校准装置等，其中激波管是高频压力传感器动态校测方面应用最为广泛的设备。其中，激波管是一个两端封闭的管道，用膜片将管道隔成两段，分别称之为高压室和低压室，如图1所示。在高压室和低压室充入特定压力的气体，当二者压力差值达到临界值时，激波膜片破裂，此时高压气体冲入低压室，高压气体和低压气体之间形成接触面，接触面右侧的低压气体会被剧烈压缩，形成一道向右移动的激波，在激波的波阵面，气体的密度、温度和压力都会发生突跃变化，其中激波后压力显著大于激波前压力，形成一个近似的阶跃压力信号。
目前，通过激波管校准方法得到压力传感器的频域动态特性，特别是幅频特性，主要有两种方法：1、以激波管动态校准试验得到压力传感器的时域动态响应曲线，从中提取时域动态性能指标，通过时域动态性能指标求得二阶系统的固有频率和阻尼比系数，最终得到传感器的幅频特性。但是上述方法的缺点是：这种方法前提将激波管压力信号视为理想阶跃信号，在此理想模型的基础上求得固有频率和阻尼比，再代入传递函数得到传感器的幅频特性，而实际上激波管的压力信号不是严格的阶跃信号，而是一种斜坡信号，波前与波后的压力上升需要经过一定的时间，这样的近似处理会导致得到的幅频特性出现较大的误差。另外一个方面，为了获得全频段的传感器频域特性，用传感器时域响应结果得到的阻尼系数和阻尼比进行计算，且认为阻尼比和阻尼系数为常数，然而实际情况下，传感器材料、结构和工艺等因素的影响，会导致传感器的阻尼系数和阻尼比对不同的频域成分不是相同的，甚至还存在动态非线性问题，也会导致较大的误差。因此，采用这种激波管校准方法得到的传感器频域动态特性误差较大。2、基于激波管校准传感器幅频特性的第二种方法是：对激波管动态校准试验得到的传感器时域响应曲线做快速傅里叶变换，得到传感器系统输出的频谱，再由上升时间与压力幅值构建系统的输入信号，对其做快速傅里叶变换，得到的信号作为系统输入的频谱，系统输入频谱与输出频谱求比值即可得到传感器的幅频特性。但是这种方法存在的缺点就是：在构建输入信号时，需要给定输入压力的上升时间，此处的上升时间是并非传感器测量得到的，而是输入信号的真实值，然而目前激波管产生的近似阶跃的压力信号的上升时间无法完全确定，不同上升时间会导致构建的输入信号出现很大差别，因此这样给传感器频域特性校准带来不确定性，如果上升时间选择不当，导致得到的传感器幅频特性产生较大的误差。
发明内容
本发明提供了一种高频压力传感器幅频特性的动态校测方法及系统，以解决现有采用激波管校准方法对高频压力传感器幅频特性进行动态校测存在较大误差的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供一种高频压力传感器幅频特性的动态校测方法，包括以下内容：
基于空气动力学原理产生具有特定频域分布的高频压力信号，将所述高频压力信号作为高频压力传感器动态校测的输入信号；
采用激光流场显示技术对流场进行流动显示，并基于时间相关的流场显示结果确定输入信号的幅频分布特性；
对待校测的高频压力传感器进行压力信号采集，获得输出信号的幅频分布特性；
基于输入信号和输出信号的幅频分布特性对高频压力传感器的幅频特性进行校测。
进一步地，所述采用激光流场显示技术对流场进行流动显示，并基于时间相关的流场显示结果确定输入信号的幅频分布特性的过程具体为：
采用激光流场显示技术拍摄流场的流动结构图片，得到流场中密度的空间分布，并将密度的空间分布转换为压力的空间分布；
在流动结构图片上沿采样线获取灰度值，并基于多张流动结构图片的采样线上的灰度值计算得到流场的流动速度；
基于压力的空间分布和流场的流动速度获得传感器所在位置处的压力随时间变化的信号，即输入信号；
对输入信号进行快速傅里叶变换，得到输入信号的频域分布特性。
进一步地，所述基于多张流动结构图片的采样线上的灰度值计算得到流场的流动速度的过程具体为：
通过拍摄预设间隔时间的多张流动结构图片，根据多张流动结构图片的采样线上的灰度值进行互相关运算，得到固定时间间隔内的流动距离，从而计算得到流场的流动速度。
进一步地，所述基于空气动力学原理产生具有特定频域分布的高频压力信号，将所述高频压力信号作为高频压力传感器动态校测的输入信号的过程具体为：
将待校测的高频压力传感器安装在圆锥模型内，使传感器的压力感受面与模型壁面平齐安装；
将圆锥模型安装在风洞设备的喷管段的后方；
在风洞设备的高压储气瓶内充入特定压力并将真空球罐抽为真空状态后，打开阀门会产生高超声速气流，高超声速气流经过圆锥模型时在模型壁面产生一个频域分布特征明显且重复性好的高频压力信号并被传感器采集。
进一步地，所述圆锥模型的半锥角度为7°，圆锥轴线正对气流方向，高压储气瓶中的气源压力为6atm，气体总温为450k。
进一步地，所述对待校测的高频压力传感器进行压力信号采集，获得输出信号的幅频分布特性的过程具体为：
采集待校测的高频压力传感器的压力信号随时间的变化信号，对该变化信号进行快速傅里叶变换，得到输出信号的幅频分布特性。
另外，本发明还提供一种高频压力传感器幅频特性的动态校测系统，包括：
高频压力信号发生装置，用于基于空气动力学原理产生具有特定频域分布的高频压力信号，将所述高频压力信号作为高频压力传感器动态校测的输入信号；
激光片光系统，用于采用激光流场显示技术对流场进行流动显示，并基于时间相关的流场显示结果确定输入信号的幅频分布特性；
压力信号采集装置，用于对待校测的高频压力传感器进行压力信号采集，获得输出信号的幅频分布特性；
校测分析装置，用于基于输入信号和输出信号的幅频分布特性对高频压力传感器的幅频特性进行校测。
进一步地，所述激光片光系统确定输入信号的幅频分布特性的过程具体为：
采用激光流场显示技术拍摄流场的流动结构图片，得到流场中密度的空间分布，并将密度的空间分布转换为压力的空间分布；
在流动结构图片上沿采样线获取灰度值，并基于多张流动结构图片的采样线上的灰度值计算得到流场的流动速度；
基于压力的空间分布和流场的流动速度获得传感器所在位置处的压力随时间变化的信号，即输入信号；
对输入信号进行快速傅里叶变换，得到输入信号的频域分布特性。
进一步地，所述高频压力信号发生装置采用风洞设备，所述风洞设备包括高压储气瓶、阀门系统、气体加热器、稳定段、喷管段和真空球罐，所述高压储气瓶、气体加热器、稳定段、喷管段和真空球罐依次顺序连接，所述阀门系统的阀门分别设置在所述高压储气瓶的出口处和所述真空球罐的入口处，待校测的高频压力传感器安装在一个圆锥模型内，使传感器的压力感受面与模型壁面平齐安装，并将所述圆锥模型安装在所述喷管段的后方，在所述高压储气瓶内充入特定压力并将真空球罐抽为真空状态后，打开阀门系统会产生高超声速气流，高超声速气流经过所述圆锥模型时在模型壁面产生一个频域分布特征明显且重复性好的高频压力信号并被传感器采集。
进一步地，所述圆锥模型的半锥角度为7°，圆锥轴线正对气流方向，高压储气瓶中的气源压力为6atm，气体总温为450k。
本发明具有以下效果：
本发明的高频压力传感器幅频特性的动态校测方法，基于空气动力学原理产生一个具有特定频域分布的高频压力信号，以作为高频压力传感器动态校测的输入信号，所述具有特定频域分布的高频压力信号相比于现有的周期性压力信号，典型频率更高、频带更宽，与激波管产生的近似阶跃压力信号相比，具有特定的频域分布，不受上升时间等不确定因素的干扰，能够更加简单、准确地校测得到高频压力传感器的幅频特性。更重要的是，采用激光流场显示技术通过对高速流场流动图片进行时空转换，基于时间相关的流场显示结果将空间上的信号转换为时域信号，进而通过FFT转换即可确定输入信号的幅频分布特性，相比于现有的激波管校准方法在确定输入信号时引入的许多假设所导致的测量误差大，大幅降低了校测误差，进而大大提升了动态校测的精度。同时，仅通过一组实验中得到的流场显示结果即可得到输入信号的幅频分布特性，无需进行多次实验，因为多组实验可能会由于具体实验条件(温度、压力等)的微弱差异导致流动发展的具体过程出现差异，而且对于高超声速气流而言，流动速度快，流动结构发展的特征频率高，这样各组实验之间的差异会更显著，在多组实验下得到近似时间序列结果是不准确的，会导致传动器的校测误差很大。
另外，本发明的高频压力传感器幅频特性的动态校测系统同样具有上述优点。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是现有的激波管的结构示意图。
图2是本发明优选实施例的高频压力传感器幅频特性的动态校测方法的流程示意图。
图3是图2中步骤S1的子流程示意图。
图4是本发明优选实施例中将安装有待校测高频压力传感器的圆锥模型置于风洞设备内的结构示意图。
图5是本发明优选实施例中采用的高频压力信号的功率谱示意图。
图6是图2中步骤S2的子流程示意图。
图7是本发明优选实施例中采用激光流场显示技术拍摄到流场的流动结构图片的示意图。
图8是本发明优选实施例中的输入信号的时域分布特性示意图。
图9是本发明优选实施例中对高频压力传感器的幅频特性进行校测的原理示意图。
图10是本发明优选实施例中的输入信号和输出信号的频域分布特性示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图2所示，本发明的优选实施例提供一种高频压力传感器幅频特性的动态校测方法，包括以下内容：
步骤S1：基于空气动力学原理产生具有特定频域分布的高频压力信号，将所述高频压力信号作为高频压力传感器动态校测的输入信号；
步骤S2：采用激光流场显示技术对流场进行流动显示，并基于时间相关的流场显示结果确定输入信号的幅频分布特性；
步骤S3：对待校测的高频压力传感器进行压力信号采集，获得输出信号的幅频分布特性；
步骤S4：基于输入信号和输出信号的幅频分布特性对高频压力传感器的幅频特性进行校测。
可以理解，本实施例的高频压力传感器幅频特性的动态校测方法，基于空气动力学原理产生一个具有特定频域分布的高频压力信号，以作为高频压力传感器动态校测的输入信号，所述具有特定频域分布的高频压力信号相比于现有的周期性压力信号，典型频率更高、频带更宽，与激波管产生的近似阶跃压力信号相比，具有特定的频域分布，不受上升时间等不确定因素的干扰，能够更加简单、准确地校测得到高频压力传感器的幅频特性。更重要的是，采用激光流场显示技术通过对高速流场流动图片进行时空转换，基于时间相关的流场显示结果将空间上的信号转换为时域信号，进而通过FFT转换即可确定输入信号的幅频分布特性，相比于现有的激波管校准方法在确定输入信号时引入的许多假设所导致的测量误差大，大幅降低了校测误差，进而大大提升了动态校测的精度。同时，仅通过一组实验中得到的流场显示结果即可得到输入信号的幅频分布特性，无需进行多次实验，因为多组实验可能会由于具体实验条件(温度、压力等)的微弱差异导致流动发展的具体过程出现差异，而且对于高超声速气流而言，流动速度快，流动结构发展的特征频率高，这样各组实验之间的差异会更显著，在多组实验下得到近似时间序列结果是不准确的，会导致传动器的校测误差很大。
可以理解，如图3所示，所述步骤S1具体包括以下内容：
步骤S11：将待校测的高频压力传感器安装在圆锥模型内，使传感器的压力感受面与模型壁面平齐安装；
步骤S12：将圆锥模型安装在风洞设备的喷管段的后方；
步骤S13：在风洞设备的高压储气瓶内充入特定压力并将真空球罐抽为真空状态后，打开阀门会产生高超声速气流，高超声速气流经过圆锥模型时在模型壁面产生一个频域分布特征明显且重复性好的高频压力信号并被传感器采集。
具体地，如图4所示，先将待校测的高频压力传感器安装在一个圆锥模型内，并使传感器的压力感受面与模型壁面平齐安装，因为风洞试验中产生的高超声速气流在经过圆锥模型时会在模型壁面上产生一个频域分布特征明显且重复性好的高频压力信号，从而保证待校测的高频压力传感器可以准确地采集到该高频压力信号。然后，将安装有传感器的圆锥模型安装在风洞设备的喷管段的后方，即位于喷管段和真空球罐之间的实验段内，在风洞设备的高压储气瓶内充入特定压力并将真空球罐抽为真空状态后，打开阀门后，高压气体向真空球罐那端高速流动，经过喷管段后会产生均匀的高超声速气流，气流速度大于5倍当地声速，而高超声速气流在经过圆锥模型时会在模型壁面产生一个具有特定频域分布的高频压力信号，圆锥模型内壁上的高频压力传感器可以采集到该高频压力信号，可以作为动态校测的输入信号。
其中，该高频压力信号的实际频域分布与圆锥模型形状、模型的姿态、压力比、气体温度等参数相关，因此在校测之前需要对压力信号进行调试标定。可选地，发明人经过大量的研究和实验，将所述圆锥模型的半锥角度设计为7°，圆锥轴线正对气流方向，高压储气瓶中的气源压力为6atm，气体总温为450k，如图5所示，得到的高频压力信号在100～300kHz的高频频带内能量很强，频域分布特征明显，典型频率在100kHz以上，可以很好地适用于高频压力传感器的动态校准。
可以理解，现有采用一般的空气动力学方法产生的高频信号，其100khz以上的信号能量降低，没有明显的分布特征，不利于高频压力传感器的校准。而本发明利用风洞设备产生的高频压力信号的频域分布特征明显，在100～300kHz范围内存在峰值，可以很好地满足高频压力传感器的校准要求。并且，本发明中的高频压力信号，其持续时间达到数十秒量级，而目前国内外能够产生类似高频信号的设备，例如激波风洞，其高频压力信号的持续时间大多数是在毫秒量级，高频压力信号更长的有效持续时间，更加有利于利用该高频压力信号进行压力传感器的幅频特性校准。
可以理解，如图6所示，所述步骤S2具体包括以下内容：
步骤S21：采用激光流场显示技术拍摄流场的流动结构图片，得到流场中密度的空间分布，并将密度的空间分布转换为压力的空间分布；
步骤S22：在流动结构图片上沿采样线获取灰度值，并基于多张流动结构图片的采样线上的灰度值计算得到流场的流动速度；
步骤S23：基于压力的空间分布和流场的流动速度获得传感器所在位置处的压力随时间变化的信号，即输入信号；
步骤S24：对输入信号进行快速傅里叶变换，得到输入信号的频域分布特性。
具体地，首先拍摄风洞设备内流场的流动结构图片，得到流场中密度的空间分布关系，即ρ＝f1(x,y)，其中，基于激光流场显示技术测量超声速流场的密度场的过程为现有技术，故在此不再赘述。然后根据密度与压力的关系，将密度的空间分布转化为压力的空间分布，即得到P＝f2(x,y)。对于高超声速流动而言，传播速度达到上千米每秒，流动结构符合泰勒流场冻结假设，即流动结构在极短时间(10μs以内)的传播过程中，流动结构几乎不变化地往下游传播。
接着，如图7所示，在流动结构图片上沿着采样线提取出灰度值。然后基于多张流动结构图片的采样线上的灰度值计算得到流场的流动速度计算出流场的流动速度V。具体地，通过拍摄预设间隔时间的多张流动结构图片，根据多张流动结构图片的采样线上的灰度值进行互相关运算，得到固定时间间隔内的流动距离，从而计算得到流场的流动速度V。
然后，基于压力的空间分布和流场的流动速度获得传感器所在位置处的压力随时间变化的信号，即输入信号。例如，对于流场结构图片中空间间距为L的两点，压力值分别为P1和P2，则可以认为高频压力信号从P1变化为P2，所需要的特征时间为L/V，从而可以进一步得到传感器所在位置处的压力信号随着时间的变化信号，即输入信号P＝f3(t)，具体如图8所示。然后，对该变化信号进行FFT运算，则可以得到输入信号的幅频分布特性，即A1＝F1(f)。
可以理解，本发明采用激光流场显示技术通过对高速流场流动图片进行时空转换，基于时间相关的流场显示结果将空间上的信号转换为时域信号，进而通过FFT转换即可确定输入信号的幅频分布特性，相比于现有的激波管校准方法在确定输入信号时引入的许多假设所导致的测量误差大，大幅降低了校测误差，进而大大提升了动态校测的精度。同时，仅通过一组实验中得到的流场显示结果即可得到输入信号的幅频分布特性，无需进行多次实验，因为多组实验可能会由于具体实验条件(温度、压力等)的微弱差异导致流动发展的具体过程出现差异，而且对于高超声速气流而言，流动速度快，流动结构发展的特征频率高，这样各组实验之间的差异会更显著，在多组实验下得到近似时间序列结果是不准确的，会导致传动器的校测误差很大。
可以理解，所述步骤S3具体为：
采集待校测的高频压力传感器的压力信号随时间的变化信号，即输出信号P＝f1(t)，对该变化信号进行快速傅里叶变换，得到输出信号的幅频分布特性A2＝F2(f)。
另外，所述步骤S3和步骤S2可以同时进行。
可以理解，如图9和图10所示，在所述步骤S4中，将输入信号的幅频分布特性与输出信号的幅频分布特性进行对比求比值，即可得对高频压力传感器的幅频特性进行校测。
另外，本发明的另一实施例还提供一种高频压力传感器幅频特性的动态校测系统，优选采用如上所述的动态校测方法，所述系统包括：
高频压力信号发生装置，用于基于空气动力学原理产生具有特定频域分布的高频压力信号，将所述高频压力信号作为高频压力传感器动态校测的输入信号；
激光片光系统，用于采用激光流场显示技术对流场进行流动显示，并基于时间相关的流场显示结果确定输入信号的幅频分布特性；
压力信号采集装置，用于对待校测的高频压力传感器进行压力信号采集，获得输出信号的幅频分布特性；
校测分析装置，用于基于输入信号和输出信号的幅频分布特性对高频压力传感器的幅频特性进行校测。
可以理解，本实施例的高频压力传感器幅频特性的动态校测系统，基于空气动力学原理产生一个具有特定频域分布的高频压力信号，以作为高频压力传感器动态校测的输入信号，所述具有特定频域分布的高频压力信号相比于现有的周期性压力信号，典型频率更高、频带更宽，与激波管产生的近似阶跃压力信号相比，具有特定的频域分布，不受上升时间等不确定因素的干扰，能够更加简单、准确地校测得到高频压力传感器的幅频特性。更重要的是，采用激光流场显示技术通过对高速流场流动图片进行时空转换，基于时间相关的流场显示结果将空间上的信号转换为时域信号，进而通过FFT转换即可确定输入信号的幅频分布特性，相比于现有的激波管校准方法在确定输入信号时引入的许多假设所导致的测量误差大，大幅降低了校测误差，进而大大提升了动态校测的精度。同时，仅通过一组实验中得到的流场显示结果即可得到输入信号的幅频分布特性，无需进行多次实验，因为多组实验可能会由于具体实验条件(温度、压力等)的微弱差异导致流动发展的具体过程出现差异，而且对于高超声速气流而言，流动速度快，流动结构发展的特征频率高，这样各组实验之间的差异会更显著，在多组实验下得到近似时间序列结果是不准确的，会导致传动器的校测误差很大。
可选地，所述高频压力信号发生装置采用风洞设备，所述风洞设备包括高压储气瓶、阀门系统、气体加热器、稳定段、喷管段和真空球罐，所述高压储气瓶、气体加热器、稳定段、喷管段和真空球罐依次顺序连接，所述阀门系统的阀门分别设置在所述高压储气瓶的出口处和所述真空球罐的入口处，待校测的高频压力传感器安装在一个圆锥模型内，使传感器的压力感受面与模型壁面平齐安装，并将所述圆锥模型安装在所述喷管段的后方，在所述高压储气瓶内充入特定压力并将真空球罐抽为真空状态后，打开阀门系统会产生均匀的高超声速气流，气流速度大于5倍当地声速，高超声速气流经过所述圆锥模型时在模型壁面产生一个频域分布特征明显且重复性好的高频压力信号并被传感器采集，作为动态校测的输入信号。
其中，该高频压力信号的实际频域分布与圆锥模型形状、模型的姿态、压力比、气体温度等参数相关，因此在校测之前需要对压力信号进行调试标定。可选地，发明人经过大量的研究和实验，作为优选的，所述圆锥模型的半锥角度为7°，圆锥轴线正对气流方向，高压储气瓶中的气源压力为6atm，气体总温为450k，得到的高频压力信号在100～300kHz的高频频带内能量很强，频域分布特征明显，典型频率在100kHz以上，可以很好地适用于高频压力传感器的动态校准。
可以理解，现有采用一般的空气动力学方法产生的高频信号，其100khz以上的信号能量降低，没有明显的分布特征，不利于高频压力传感器的校准。而本发明利用风洞设备产生的高频压力信号的频域分布特征明显，在100～300kHz范围内存在峰值，可以很好地满足高频压力传感器的校准要求。并且，本发明中的高频压力信号，其持续时间达到数十秒量级，而目前国内外能够产生类似高频信号的设备，例如激波风洞，其高频压力信号的持续时间大多数是在毫秒量级，高频压力信号更长的有效持续时间，更加有利于利用该高频压力信号进行压力传感器的幅频特性校准。
可以理解，所述激光片光系统确定输入信号的幅频分布特性的过程具体为：
采用激光流场显示技术拍摄流场的流动结构图片，得到流场中密度的空间分布，并将密度的空间分布转换为压力的空间分布；
在流动结构图片上沿采样线获取灰度值，并基于多张流动结构图片的采样线上的灰度值计算得到流场的流动速度；
基于压力的空间分布和流场的流动速度获得传感器所在位置处的压力随时间变化的信号，即输入信号；
对输入信号进行快速傅里叶变换，得到输入信号的频域分布特性。
可以理解，本系统中的各个装置和系统分别与上述方法实施例的各个步骤相对应，故各个装置和系统的具体工作过程和工作原理在此不再赘述，参考上述方法实施例即可。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高频压力传感器幅频特性的动态校测方法，其特征在于，包括以下内容：
基于空气动力学原理产生具有特定频域分布的高频压力信号，将所述高频压力信号作为高频压力传感器动态校测的输入信号；
采用激光流场显示技术对流场进行流动显示，并基于时间相关的流场显示结果确定输入信号的幅频分布特性；
对待校测的高频压力传感器进行压力信号采集，获得输出信号的幅频分布特性；
基于输入信号和输出信号的幅频分布特性对高频压力传感器的幅频特性进行校测；
所述采用激光流场显示技术对流场进行流动显示，并基于时间相关的流场显示结果确定输入信号的幅频分布特性的过程具体为：
采用激光流场显示技术拍摄流场的流动结构图片，得到流场中密度的空间分布，并将密度的空间分布转换为压力的空间分布；
在流动结构图片上沿采样线获取灰度值，并基于多张流动结构图片的采样线上的灰度值计算得到流场的流动速度；
基于压力的空间分布和流场的流动速度获得传感器所在位置处的压力随时间变化的信号，即输入信号；
对输入信号进行快速傅里叶变换，得到输入信号的频域分布特性。
2.如权利要求1所述的高频压力传感器幅频特性的动态校测方法，其特征在于，所述基于多张流动结构图片的采样线上的灰度值计算得到流场的流动速度的过程具体为：
通过拍摄预设间隔时间的多张流动结构图片，根据多张流动结构图片的采样线上的灰度值进行互相关运算，得到固定时间间隔内的流动距离，从而计算得到流场的流动速度。
3.如权利要求1所述的高频压力传感器幅频特性的动态校测方法，其特征在于，所述基于空气动力学原理产生具有特定频域分布的高频压力信号，将所述高频压力信号作为高频压力传感器动态校测的输入信号的过程具体为：
将待校测的高频压力传感器安装在圆锥模型内，使传感器的压力感受面与模型壁面平齐安装；
将圆锥模型安装在风洞设备的喷管段的后方；
在风洞设备的高压储气瓶内充入特定压力并将真空球罐抽为真空状态后，打开阀门会产生高超声速气流，高超声速气流经过圆锥模型时在模型壁面产生一个频域分布特征明显且重复性好的高频压力信号并被传感器采集。
4.如权利要求3所述的高频压力传感器幅频特性的动态校测方法，其特征在于，所述圆锥模型的半锥角度为7°，圆锥轴线正对气流方向，高压储气瓶中的气源压力为6atm，气体总温为450k。
5.如权利要求1所述的高频压力传感器幅频特性的动态校测方法，其特征在于，所述对待校测的高频压力传感器进行压力信号采集，获得输出信号的幅频分布特性的过程具体为：
采集待校测的高频压力传感器的压力信号随时间的变化信号，对该变化信号进行快速傅里叶变换，得到输出信号的幅频分布特性。
6.一种高频压力传感器幅频特性的动态校测系统，其特征在于，包括：
高频压力信号发生装置，用于基于空气动力学原理产生具有特定频域分布的高频压力信号，将所述高频压力信号作为高频压力传感器动态校测的输入信号；
激光片光系统，用于采用激光流场显示技术对流场进行流动显示，并基于时间相关的流场显示结果确定输入信号的幅频分布特性；
压力信号采集装置，用于对待校测的高频压力传感器进行压力信号采集，获得输出信号的幅频分布特性；
校测分析装置，用于基于输入信号和输出信号的幅频分布特性对高频压力传感器的幅频特性进行校测；
所述激光片光系统确定输入信号的幅频分布特性的过程具体为：
采用激光流场显示技术拍摄流场的流动结构图片，得到流场中密度的空间分布，并将密度的空间分布转换为压力的空间分布；
在流动结构图片上沿采样线获取灰度值，并基于多张流动结构图片的采样线上的灰度值计算得到流场的流动速度；
基于压力的空间分布和流场的流动速度获得传感器所在位置处的压力随时间变化的信号，即输入信号；
对输入信号进行快速傅里叶变换，得到输入信号的频域分布特性。
7.如权利要求6所述的高频压力传感器幅频特性的动态校测系统，其特征在于，所述高频压力信号发生装置采用风洞设备，所述风洞设备包括高压储气瓶、阀门系统、气体加热器、稳定段、喷管段和真空球罐，所述高压储气瓶、气体加热器、稳定段、喷管段和真空球罐依次顺序连接，所述阀门系统的阀门分别设置在所述高压储气瓶的出口处和所述真空球罐的入口处，待校测的高频压力传感器安装在一个圆锥模型内，使传感器的压力感受面与模型壁面平齐安装，并将所述圆锥模型安装在所述喷管段的后方，在所述高压储气瓶内充入特定压力并将真空球罐抽为真空状态后，打开阀门系统会产生高超声速气流，高超声速气流经过所述圆锥模型时在模型壁面产生一个频域分布特征明显且重复性好的高频压力信号并被传感器采集。
8.如权利要求7所述的高频压力传感器幅频特性的动态校测系统，其特征在于，所述圆锥模型的半锥角度为7°，圆锥轴线正对气流方向，高压储气瓶中的气源压力为6atm，气体总温为450k。
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