CN210533574U

CN210533574U - 一种风洞试验段底板表面温度均匀性测试装置

Info

Publication number: CN210533574U
Application number: CN201922089964.9U
Authority: CN
Inventors: 顾光武; 曾星; 顾正华; 盖文; 王斌; 张文清; 宋巍巍; 赵波
Original assignee: Facility Design And Instrumentation Institute Cardc
Current assignee: Facility Design And Instrumentation Institute Cardc
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2020-05-15
Anticipated expiration: 2029-11-28

Abstract

本实用新型提供了一种风洞试验段底板表面温度均匀性测试装置，该方案包括有底板块、光纤、光纤光栅信号解调仪和上位机；光纤有k根，k为非0的自然数；k根所述光纤平行排布在底板块上；每根光纤上刻蚀有n个不同反射中心波长的光纤光栅，n个光纤光栅构成一根光纤光栅串，n为非0的自然数；每个所述光纤光栅均由一个导热基片进行封装；所有的光纤光栅串均与光纤光栅信号解调仪连接；光纤光栅信号解调仪通过数据线与上位机数据连通。该方案能够准确有效的测试出风洞试验段底板表面的温度均匀性，并且布线简单、维护方便，抗干扰能力强，不受风洞环境与气体流动的影响。

Description

一种风洞试验段底板表面温度均匀性测试装置

技术领域

本实用新型涉及的是温度测试技术领域，尤其是一种风洞试验段底板表面温度均匀性测试装置。

背景技术

在某些特种风洞以及环境风洞的风洞试验过程中，风洞试验段底板表面的温度分布情况对吹风试验的流场品质、环境模拟、参数分析等有着重要的影响。因此，准确获取风洞试验段底板表面的温度分布均匀性显得尤为重要。目前，测试风洞试验段底板表面温度均匀性主要有两种方式。

一种方式是使用传统的电类温度传感器Pt100进行测试，它是将多个Pt100均匀布置在试验段底板表面并使用电缆连接Pt100，对Pt100进行激励与信号传输，从而实现底板温度的测量，这种方式由于需要在风洞底板上对每一个Pt100进行电缆连接，从而导致布线工艺非常复杂，同时后期维护也很困难。此外，针对风洞这个特殊环境，吹风试验时传感器处在复杂的电磁环境，这种电磁环境会对传感器微弱的电信号造成严重的干扰，从而导致测量误差很大，不满足测试精度需求。

另一种方式是使用红外等非接触温度传感器进行测试，通过红外传感器拍摄红外感温图像来测量试验段底板温度。由于这种方式中的红外传感器通常是安装在与风洞试验段底板有一定距离的地方，因此，其所拍摄到的红外感温图像不仅包括风洞试验段底板的温度还包括红外传感器与风洞试验段底板之间的气体温度，从而导致这种测试方式非常容易受到使用环境的影响。此外，在风洞吹风试验过程中，气体会快速的流动，从而会导致测量出来的温度图像为温度云，不能用来表示风洞底板的温度。

实用新型内容

本实用新型的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种风洞试验段底板表面温度均匀性测试装置的技术方案，该方案能够简化设备布局，提升测试结果的准确性与稳定性。

本方案是通过如下技术措施来实现的：

一种风洞试验段底板表面温度均匀性测试装置，其特征是：包括有底板块、光纤、光纤光栅信号解调仪和上位机；光纤有k根，k为非0的自然数；k根所述光纤平行排布在底板块上；每根光纤上刻蚀有n个不同反射中心波长的光纤光栅，n个光纤光栅构成一根光纤光栅串，n为非0的自然数；所有的光纤光栅串均与光纤光栅信号解调仪连接；光纤光栅信号解调仪通过数据线与上位机数据连通。

作为本方案的优选：每个光纤光栅上均由一个导热基片进行封装。

作为本方案的优选：数据线为网线或串口线或USB连接线。

作为本方案的优选：光纤光栅的位置位于底板块的温度测点位置上。

作为本方案的优选：导热基片底部设置有沟道；沟道内填充有导热膏；光纤光栅封装在沟道内；导热基片通过胶粘剂粘贴在底板块的温度测点位置上。

一种风洞试验段底板表面温度均匀性测试方法，包括有以下步骤：

a、确定底板块上的温度测点的位置；

b、将多根光纤铺设在底板块上，在每个温度测点的位置上均设置有光纤光栅，每根光纤上的光纤光栅组成一个光纤光栅串；

c、将所有的光纤光栅串连接到多通道光纤光栅信号解调仪上，每根光纤光栅串对应光纤光栅信号解调仪的一个通道，每个通道同时对本通道上的N个光纤光栅信号进行解调；光纤光栅信号解调仪根据通道号、反射波波段以及反射波中心波长的偏移值准确的解析底板块上任意一个温度测点位置的温度；

d、将光纤光栅信号解调仪与上位机连接，通过上位机处理最终获得风洞试验段底板表面的温度均匀性指标。

作为本方案的优选：步骤a的具体操作方法为：根据风洞试验段底板温度测试区域大小需求，将风洞试验段底板测试区域均匀地划分为X个矩形底板块；然后，根据底板块面积与温度测试密度需求，在底板块表面等间距地预设M×N个温度测点位置，其中，M取值范围为：1～16，N取值范围为：1～15；最后得到M×N个温度测点位置排列为M行、N列。

作为本方案的优选：步骤b的具体操作方法为：准备M根光纤，并对照底板块上每行N个温度测点位置的间距在每根光纤上同时刻蚀N个反射不同中心波长的光纤光栅，形成一线多点分布式测量的光纤光栅串；然后，将光纤光栅串对应的安装在底板块表面的温度测点位置上；最终，M根光纤光栅串形成M×N的光纤光栅测温阵列。

作为本方案的优选：步骤d的具体操作方法为：光纤光栅信号解调仪通过网线与上位机连接，光纤光栅信号解调仪对通道中光纤光栅测温阵列的反射波长信息进行解调处理后，将解调数据通过网线上传到上位机；然后，由上位机对解调数据进行数字滤波与粗大误差处理，从而得到底板块上M×N个温度测点位置的温度数据；最后，再对所有底板块的温度数据进行插值处理得到整个风洞试验段底板的温度云图，进而获得风洞试验段底板表面的温度均匀性指标。

作为本方案的优选：每个光纤光栅均由一个导热基片进行封装；导热基片为导热性良好的金属材料制成。

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，本实用新型的有益效果为：

①本实用新型在一根光纤上同时刻蚀多个反射不同中心波长的光纤光栅温度测点，形成“一线多点”分布式测量的光纤光栅串，并通过多根光纤光栅串组成光纤光栅测温阵列对风洞试验段底板表面温度均匀性进行测试。相比电类温度传感器测试方式，本实用新型使用“一线多点”的光纤光栅串对多个温度测点同时进行测量，工艺布局简单、维护方便，并且不受风洞中的电磁干扰。相比非接触温度传感器测试方式，本实用新型将光纤光栅温度测点封装固定于风洞试验段底板表面进行温度测量，能够单独准确的测量出风洞试验段底板的温度，并且不受风洞环境与气体流动的影响。

②本实用新型使用导热基片来对光纤光栅温度测点进行封装，通过这种封装方式可以显著的减小光纤光栅温度测点安装位置附近的温度变化梯度，使光纤光栅温度测点安装沟道附近的温度近似等于被测风洞试验段底板表面的温度。这种封装方式不仅提升了风洞试验段底板表面的温度测试精度，还提高了温度测试的稳定性。

由此可见，本实用新型与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为导热基片的结构示意图。

图中，1为底板块，2为光纤光栅，3为光纤光栅串，4为光纤光栅信号解调仪，5为网线，6为上位机，7为导热基片，8为沟道。

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。

通过图1和图2能够看出，本方案包括有底板块、光纤、光纤光栅信号解调仪和上位机；光纤有k根，k为非0的自然数；k根所述光纤平行排布在底板块上；每根光纤上刻蚀有n个不同反射中心波长的光纤光栅，n个光纤光栅构成一根光纤光栅串，n为非0的自然数；所有的光纤光栅串均与光纤光栅信号解调仪连接；光纤光栅信号解调仪通过数据线与上位机数据连通。每个光纤光栅均由一个导热基片封装。数据线为网线或串口线或USB连接线。光纤光栅的位置位于底板块的温度测点位置上。导热基片底部设置有沟道；沟道内填充有导热膏；光纤光栅封装在沟道内；导热基片通过胶粘剂粘贴在底板块的温度测点位置上。

实施例：

本实施例对某风洞试验段底板表面温度均匀性进行测试，试验段底板材质为304不锈钢，其表面温度范围为-10℃～+112℃，温度均匀性要求优于±0.5℃。

首先，将风洞试验段底板均匀的分成8个底板块，每个底板块的尺寸为3000mm×3000mm，再在每块底板块表面预设121个温度测点位置，形成11×11的阵列，温度测点位置间距为250mm。然后，准备11根光纤，并在每根光纤上刻蚀11个反射不同中心波长的光纤光栅，每个光纤光栅各自占用一个带宽为2nm的不同波段。所有光纤光栅2刻蚀完成后，将11根光纤光栅串对应的布置在底板块1表面的温度测点位置上组成11×11的光纤光栅测温阵列，并使用导热基片对所有的光纤光栅进行封装固定。然后，再使用16通道的光纤光栅信号解调仪连接整个光纤光栅测温阵列，光纤光栅信号解调仪的解调频率设定为10Hz，每根光纤光栅串对应连接光纤光栅信号解调仪的一个通道，每个通道同时对本通道上的11个光纤光栅信号进行解调。光纤光栅信号解调仪对通道中光纤光栅测温阵列的反射波长信息进行解调处理后，通过网线将解调数据上传至上位机中，并由上位机对解调数据进行数字滤波与粗大误差处理，从而得到底板块上121个温度测点位置的温度数据。最后，再对8个底板块的所有温度数据进行插值处理得到整个风洞试验段底板表面的温度云图，进而获得风洞试验段底板表面的温度均匀性指标。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型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

1.一种风洞试验段底板表面温度均匀性测试装置，其特征是：包括有底板块、光纤、光纤光栅信号解调仪和上位机；所述光纤有k根，k为非0的自然数；k根所述光纤平行排布在底板块上；每根所述光纤上刻蚀有n个不同反射中心波长的光纤光栅，n个光纤光栅构成一根光纤光栅串，n为非0的自然数；所有的所述光纤光栅串均与光纤光栅信号解调仪连接；所述光纤光栅信号解调仪通过数据线与上位机数据连通。

2.根据权利要求1所述的一种风洞试验段底板表面温度均匀性测试装置，其特征是：每个所述光纤光栅均由一个导热基片进行封装。

3.根据权利要求1所述的一种风洞试验段底板表面温度均匀性测试装置，其特征是：所述数据线为网线或串口线或USB连接线。

4.根据权利要求1所述的一种风洞试验段底板表面温度均匀性测试装置，其特征是：所述光纤光栅的位置位于底板块的温度测点位置上。

5.根据权利要求2所述的一种风洞试验段底板表面温度均匀性测试装置，其特征是：所述导热基片底部设置有沟道；所述沟道内填充有导热膏；所述光纤光栅封装在沟道内；所述导热基片通过胶粘剂粘贴在底板块的温度测点位置上。