一種氣體動態(tài)速度測量記錄儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及氣體速度測量，尤其是涉及可直接顯示速度、也可由電腦采集測量信號的一種氣體動態(tài)速度測量記錄儀。
【背景技術(shù)】
[0002]測量氣體速度不論在生活還是科學(xué)領(lǐng)域都有重要的作用。例如，在一些對空氣對流速度要求較高的體育競技(如羽毛球賽)比賽場上，必須隨時監(jiān)測空氣風(fēng)速的動態(tài)變化；而在氣體動力學(xué)實驗中，更離不開對變化的流場中氣體流速的動態(tài)測量。例如，在航空科學(xué)領(lǐng)域，氣動試驗中需要充分了解模型周圍流場的變化，對流場變化進行動態(tài)測量，以便采取流動控制措施。有時流場變化速度較快，脈動頻率可達到幾百赫茲，甚至更高。這就要求動態(tài)速度測量儀器的采樣時間間隔達到毫秒量級，且可提取數(shù)據(jù)進行分析處理。
[0003]目前，很多測量方法仍是利用傳感器與簡單電路結(jié)合進行測量，其最主要的缺點是無法記錄流場中某點速度數(shù)據(jù)的變化過程，對動態(tài)速度的測量精度不高，而動態(tài)速度測量精度高的測量設(shè)備一般體積龐大，造價昂貴。
[0004]公開號為CN102495232A的中國專利申請公開了一種便攜式管道線風(fēng)速測量儀，包括檢測桿、靜壓桿、總壓桿、風(fēng)速數(shù)字顯示計。檢測桿長度可調(diào)，可分別通過靜壓桿、總壓桿連接風(fēng)速數(shù)字顯示計。該發(fā)明提出的便攜式管道線風(fēng)速測量儀，風(fēng)速測試元件采用多個圓形均壓管套接而成，可實現(xiàn)對線風(fēng)速的測試；采用數(shù)字顯示模式，可以直接顯示線風(fēng)速，實現(xiàn)現(xiàn)場讀數(shù)。雖該發(fā)明較其他同類測試裝置具有測量效率高、準確、方便快速等優(yōu)點。但所測數(shù)據(jù)只能人工讀數(shù)記錄，無法直接采集存儲到計算機中，因此無法動態(tài)測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的在于提供不僅體積小、成本低、重量輕、動態(tài)測量采樣時間間隔可達毫秒級(大于等于2ms)，而且可經(jīng)計算機采集測量數(shù)據(jù)的一種氣體動態(tài)速度測量記錄儀。
[0006]本實用新型設(shè)有動態(tài)壓力信號感受模塊、模擬信號接收及處理模塊、流速顯示模塊、流速數(shù)據(jù)存儲模塊；
[0007]所述動態(tài)壓力信號感受模塊的動態(tài)壓力信號輸出端接模擬信號接收及處理模塊的輸入端，模擬信號接收及處理模塊的氣體速度數(shù)字信號輸出端分別接流速顯示模塊和流速數(shù)據(jù)存儲模塊的輸入端；所述模擬信號接收及處理模塊設(shè)有單片機單元、供電單元、晶振濾波單元、RS232通訊單元和狀態(tài)指示單元；單片機單元的輸入端口分別與供電單元、晶振濾波單元和RS232通訊單元連接，單片機單元的輸出端口與狀態(tài)指示單元連接，供電單元的輸出端分別與晶振濾波單元和RS232通訊單元的輸入端連接。
[0008]所述動態(tài)壓力信號感受模塊可采用動態(tài)壓力傳感器，作為一種優(yōu)選方案，動態(tài)壓力傳感器可選用壓電式傳感器。所述模擬信號接收及處理模塊采用單片機搭建，作為一種優(yōu)選方案，單片機采用MICROCHIP公司8位中央處理器PIC16F877A。
[0009]所述流速顯示模塊可采用數(shù)碼管流速顯示模塊。
[0010]所述流速數(shù)據(jù)存儲由計算機完成。
[0011]本實用新型的工作原理及有益效果如下:
[0012]本實用新型通過動態(tài)壓力傳感器測量氣體動壓，傳感器將壓力轉(zhuǎn)化為電壓信號形式輸出；利用PIC單片機的A/D轉(zhuǎn)換功能，把電壓信號模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；根據(jù)伯努利定律，在單片機內(nèi)編寫算法，以得到的數(shù)字信號為基礎(chǔ)，計算出氣體速度；得出氣體速度后，一方面通過數(shù)碼管實時顯示，另一方面，通過RS232串口輸出至計算機，存儲記錄氣體速度和壓力的變化。本實用新型可應(yīng)用于航空、氣象等需要測量氣體壓力及速度的場合。
[0013]本實用新型的突出優(yōu)點是:
[0014]1.本實用新型的動態(tài)壓力傳感器將感受到的壓力變化轉(zhuǎn)換成電壓模擬信號，采樣時間間隔可達毫秒量級，動態(tài)特性好；
[0015]2.本實用新型的流速數(shù)據(jù)存儲模塊可將流速數(shù)據(jù)存儲在計算機內(nèi)，供隨時查看、調(diào)用和進一步處理；
[0016]3.本實用新型的模擬信號接收及處理模塊能長時間地接收反映氣體壓力動態(tài)變化的電壓模擬量，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并處理成速度數(shù)據(jù)記錄下來；
[0017]4.本實用新型的動態(tài)壓力信號采集模塊若選用小探頭壓力傳感器，可進行流場點測量；
[0018]5.本實用新型采用模塊化設(shè)計，易于維護；
[0019]6.本實用新型環(huán)境適應(yīng)性強、工作可靠、抗電磁干擾能力強；
[0020]7.本實用新型體積小、重量輕，制作成本低。
【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型實施例1的電路原理框圖。
[0022]圖2是本實用新型實施例1的模擬信號接收及處理模塊原理框圖。
[0023]圖3是本實用新型實施例1測量記錄的流速數(shù)據(jù)。
【具體實施方式】
[0024]實施例1
[0025]圖1給出本實用新型實施例1的電路原理框圖。本實用新型設(shè)有動態(tài)壓力信號感受模塊1、模擬信號接收及處理模塊2、流速顯示模塊3、流速數(shù)據(jù)存儲模塊4 ;所述動態(tài)壓力信號感受模塊1的動態(tài)壓力信號輸出端接模擬信號接收及處理模塊2的輸入端，模擬信號接收及處理模塊2的氣體速度數(shù)字信號輸出端分別接流速顯示模塊3和流速數(shù)據(jù)存儲模塊4的輸入端；所述動態(tài)壓力信號感受模塊1可采用動態(tài)壓力傳感器，作為一種優(yōu)選方案，動態(tài)壓力傳感器可選用壓電式傳感器。所述模擬信號接收及處理模塊采用單片機搭建，作為一種優(yōu)選方案，單片機采用MICROCHIP公司8位中央處理器PIC16F877A。
[0026]所述流速顯示模塊可采用數(shù)碼管流速顯示模塊。
[0027]所述流速數(shù)據(jù)存儲由計算機完成。
[0028]動態(tài)壓力信號感受模塊1采用北京華控興業(yè)有限科技公司出產(chǎn)的HSTL-800動態(tài)壓力傳感器，該傳感器量程0?6KPa，采樣頻率500Hz，傳感器通過線性變換，將取得的壓力信號值，變換為ο?5V之間的對應(yīng)電壓值。該傳感器整體尺寸大小約為φ 30*100，其壓力采集孔直徑為1mm。
[0029]模擬信號接收及處理模塊2為氣體動態(tài)速度測量記錄儀的核心，設(shè)計采用目前成熟，可靠的技術(shù)。如圖2，所述模擬信號接收及處理模塊2設(shè)有單片機單元21、供電單元22、晶振濾波單元23、RS232通訊單元24和狀態(tài)指示單元25 ;單片機單元21的輸入端口分別與供電單元22、晶振濾波單元23和RS232通訊單元24連接，單片機單元21的輸出端口與狀態(tài)指示單元25連接，供電單元22的輸出端分別與晶振濾波單元23和RS232通訊單元24的輸入端連接。
[0030]單片機單元21采用MICROCHIP公司8位中央處理器PIC16F877A控制各部分完成數(shù)據(jù)采集、計算、存儲、通信等功能。壓力信號感受模塊將壓力信號以電壓的形式輸出，單片機單元21在RA0端口接收電壓信號，并通過A/D轉(zhuǎn)換功能，將接收到的電壓模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號；通過事先在單片機內(nèi)編寫的程序?qū)Φ玫降碾妷簲?shù)字信號進行計算，得出氣體的壓力值及速度。在上述過程中，供電單元22提供單片機所需工作電壓，晶振濾波單元23提供單片機工作所需時序信號，狀態(tài)指示單元25以LED燈的閃爍頻率表明單片機的運行狀態(tài)，RS232通信單元24負責(zé)將得到的氣體速度及壓力信號上傳至計算機進行后處理。
[0031]流速實時顯示模塊3采用數(shù)碼管搭建。在信號接收處理模塊工作過程中，編寫在單片機內(nèi)的程序?qū)怏w的速度轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管可接收的信號，輸出至74HC138芯片，由74HC138芯片控制雙位數(shù)碼管實時顯示氣體速度，可顯示的流速范圍在0至100m/S之間。
[0032]流速存儲記錄模塊4是氣體動態(tài)速度測量記錄儀的重要部分，負責(zé)記錄存儲快速變化的氣體壓力及速度。
[0033]圖3所示為采用本實用新型測量一種脈動式射流得到的三種不同工作狀態(tài)下的速度變化曲線。在25ms內(nèi)，本實用新型完整地測量了三個周期的速度變化。
[0034]本實用新型具有較高的時間精度(響應(yīng)時間低于2ms)和采集速度(采集頻率高達500HZ)，并且可測量速度范圍較廣(0?100m/s)。
【主權(quán)項】
1.一種氣體動態(tài)速度測量記錄儀，其特征在于設(shè)有動態(tài)壓力信號感受模塊、模擬信號接收及處理模塊、流速顯示模塊、流速數(shù)據(jù)存儲模塊； 所述動態(tài)壓力信號感受模塊的動態(tài)壓力信號輸出端接模擬信號接收及處理模塊的輸入端，模擬信號接收及處理模塊的氣體速度數(shù)字信號輸出端分別接流速顯示模塊和流速數(shù)據(jù)存儲模塊的輸入端；所述模擬信號接收及處理模塊設(shè)有單片機單元、供電單元、晶振濾波單元、RS232通訊單元和狀態(tài)指示單元；單片機單元的輸入端口分別與供電單元、晶振濾波單元和RS232通訊單元連接，單片機單元的輸出端口與狀態(tài)指示單元連接，供電單元的輸出端分別與晶振濾波單元和RS232通訊單元的輸入端連接。2.如權(quán)利要求1所述一種氣體動態(tài)速度測量記錄儀，其特征在于所述動態(tài)壓力信號感受模塊采用動態(tài)壓力傳感器。3.如權(quán)利要求2所述一種氣體動態(tài)速度測量記錄儀，其特征在于所述動態(tài)壓力傳感器選用壓電式傳感器。4.如權(quán)利要求1所述一種氣體動態(tài)速度測量記錄儀，其特征在于所述模擬信號接收及處理模塊采用單片機搭建。5.如權(quán)利要求4所述一種氣體動態(tài)速度測量記錄儀，其特征在于所述單片機采用MICROCHIP公司8位中央處理器PIC16F877A。6.如權(quán)利要求1所述一種氣體動態(tài)速度測量記錄儀，其特征在于所述流速顯示模塊采用數(shù)碼管流速顯示模塊。
【專利摘要】一種氣體動態(tài)速度測量記錄儀，涉及氣體速度測量。設(shè)有動態(tài)壓力信號感受模塊、模擬信號接收及處理模塊、流速顯示模塊、流速數(shù)據(jù)存儲模塊；所述動態(tài)壓力信號感受模塊的動態(tài)壓力信號輸出端接模擬信號接收及處理模塊的輸入端，模擬信號接收及處理模塊的氣體速度數(shù)字信號輸出端分別接流速顯示模塊和流速數(shù)據(jù)存儲模塊的輸入端；所述模擬信號接收及處理模塊設(shè)有單片機單元、供電單元、晶振濾波單元、RS232通訊單元和狀態(tài)指示單元；單片機單元的輸入端口分別與供電單元、晶振濾波單元和RS232通訊單元連接，單片機單元的輸出端口與狀態(tài)指示單元連接，供電單元的輸出端分別與晶振濾波單元和RS232通訊單元的輸入端連接。
【IPC分類】G01P5/02
【公開號】CN205038228
【申請?zhí)枴緾N201520833768
【發(fā)明人】林麒, 連光冊, 劉汝兵, 施崇廣, 李宣武, 敖成嬌
【申請人】廈門大學(xué)
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年10月26日