[實用新型]一種低速風洞內的超聲精確測距系統

有效

• 申請號: 201520908141.3
• 申請日: 2015-11-13
• 公開（公告）號: CN205352653U
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 張鈞;張林;孫海生;王新功;祝明紅;梁勇;姜德龍;沈志洪;倪章松;張鵬;李進學;劉赟;廖亞軍
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心低速空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G01S11/14
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 詹永斌

技術領域

本發明涉及風洞試驗領域，尤其是涉及一種低速風洞內的超聲精確測距系統。

背景技術

低速風洞由洞體、模型支撐系統、數據測量處理系統和動力系統等組成，而模型位置和姿態的測量是模型支撐系統和數據測量處理系統的主要組成部分，其精準度是保證風洞試驗數據準確性的重要環節。目前常用的模型位置和姿態測量方法包括間接測量和非接觸直接測量等，而空間距離的準確測量作為低速風洞試驗模型位置和姿態測量的基礎，其測量的精準度對模型位置和姿態的測量精度至關重要。

超聲波是一種機械波，超聲波又稱超聲，屬于聲波，是指頻率高于20kHz的聲波。目前，超聲在氣體和流體中的傳播理論比較成熟，應用主要包括檢測超聲、功率超聲和醫學超聲等。其中超聲檢測是利用超聲的傳播和信息載體特性，通過一定的手段提取出反映媒質內部結構或者媒質本身特性的信息，達到檢測內部結構或結構缺陷、測量物體幾何尺寸和媒質物理性能參數的目的。如超聲探傷、超聲測厚、超聲測物位、超聲測距等。超聲測距是通過測量超聲波在媒質中某一空間傳播的時間和該媒質中的聲速來確定被測空間距離的一種超聲檢測技術。超聲測距方法包括相位檢測法、聲波幅值檢測法和渡越時間法等，目前超聲測距一般使用渡越時間法。渡越時間法又包括直接測量法和反射測量法。這些測量方法在使用過程中，一般都將聲速作為常量處理。但實際上，聲速會隨著傳播介質的密度、溫度、壓力和濕度等條件的變化發生一定的變化，這樣就會由于聲速的變化導致測量結果的誤差，從而降低測量精度。另外由于在低速風洞中作為傳播介質的空氣有一定流速，聲波傳播過程中的多普勒效應會對超聲測距結果帶來誤差。

發明內容

本發明的目的是提供一種低速風洞內的超聲精確測距系統，避免低速風洞試驗段內氣流速度、密度、溫度、壓力和濕度等對超聲測距的影響。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種低速風洞內的超聲精確測距系統，包括控制器和超聲傳感器一(B₁)、超聲傳感器二(B₂)、超聲傳感器三(S)、超聲傳感器四(B_i)、超聲傳感器五(P_j)，其中超聲傳感器一(B₁)、超聲傳感器二(B₂)固定設置在風洞內壁上，另外一只超聲傳感器三(S)為移動端設置在風洞內，超聲傳感器四(B_i)、超聲傳感器五(P_j)各自固定設置在兩個被測物體上，所述被測物體置于風洞內，所述五只超聲傳感器均為收發一體式傳感器，所述五只超聲傳感器的信號輸出端各自連接到控制器；

所述系統采用測距方法由差距法和雙向探測法兩部分組成，如下：

差距法

通過常規方法測得兩只固定設置在風洞內壁上的超聲傳感器一(B₁)、超聲傳感器二(B₂)之間的距離d；

超聲波換能器向風洞內發射超聲波，控制器采集超聲波從超聲傳感器三(S)發射到超聲傳感器一(B₁)的接收時長為t₁，控制器采集超聲波從超聲傳感器一(B₁)發射到超聲傳感器三(S)的接收時長為t₁′；

通過超聲傳感器三(S)的移動，控制器采集超聲傳感器三(S)移動的距離d₂,然后由控制器采集超聲波從超聲傳感器三(S)發射超聲波到超聲傳感器一(B₁)的接收時長為t₂，制器采集超聲波從超聲傳感器一(B₁)發射到超聲傳感器三(S)的接收時長為t₂′；

控制器采集超聲波從超聲傳感器二(B₂)發射到超聲傳感器一(B₁)的接收時長為t，控制器采集超聲波從超聲傳感器一(B₁)發射到超聲傳感器二(B₂)的接收時長為t′；

通過計算可得到：