[發明專利]基于離子示蹤的氣流速度測量方法

有效

• 申請號: 201810348329.5
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN108680764B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 周賓;劉鵬飛;賀文凱;陶依貝
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01P5/22
• 分類號: G01P5/22
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

1.基于離子示蹤的氣流速度測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)高壓離子發生源的電暈電極接通直流高壓電源正極，接地電極與負極相接，電暈電極附近的強電場使中性氣體分子中的電子獲得足夠的能量，克服原子核和分子對它的作用力而成為自由電子，同時中性的原子或分子由于失去電子而變成帶正電荷的正離子，附著在氣流粒子上，或隨著氣流一起流動形成帶電流體；

(2)2個相同規格的感應電極按一定間距沿著氣流方向布置，帶電流體隨著待測氣流向下游流動依次經過上下游感應電極，在2個感應電極上產生有相位差的電荷感應信號；

(3)采用電荷檢測放大電路對步驟2產生的2路電荷感應信號進行檢測并放大、濾波處理后得到2路電壓信號，2路電壓信號依次記為e₁(τ)和e₂(τ)；通過數據傳輸模塊將信號傳輸至計算處理模塊；

(4)利用計算處理模塊將得到的2路電壓信號進行預處理和互相關計算，并根據感應電極之間的間距計算氣流的速度；預處理和互相關計算的具體包括如下步驟：

(41)將采集到的2路電壓信號e₁(τ)、e₂(τ)中的50Hz工頻干擾和2Khz以上的高頻噪聲進行濾除，分別得到e_f1(τ)和e_f2(τ)；

(42)計算兩路信號的峰值分別記為：max1和max2，計算兩路信號的谷值分別記為：min1和min2，計算兩路信號的峰峰值分別表示為：max1-min1和max2-min2；若其中一路的峰峰值小于某一閾值，則感應電極環內氣流流動的速度v為0，反之，若兩路的峰峰值都大于某一閾值，進行下一步計算；

(43)對e_f1(τ)和e_f2(τ)進行幅值修正，對其中峰峰值較小的一路信號做幅值修正，幅值修正后的兩路信號分別記為f₁(τ)和f₂(τ)；若e_f2(τ)峰峰值小于e_f1(τ)峰峰值，即(max1-min1)＞(max2-min2)，做以下修正：

f₁(τ)＝e_f1(τ)-min1

反之，若e_f1(τ)峰峰值小于或等于e_f2(τ)峰峰值，即(max1-min1)≤(max2-min2)，做以下修正：

f₂(τ)＝e_f2(τ)-min2

得到f₁(τ)和f₂(τ)；

(44)對經過濾波處理和幅值修正的信號f₁(τ)和f₂(τ)做互相關運算，其中互相關函數可由下式求得：

其中取得最大值處所對應的τ值就是流體經過上下游感應電極的渡越時間，用τ₀表示；

(45)若τ₀為0，則感應電極環內氣流流動的相關速度v為0，反之，若τ₀不為0，進行下一步計算；

(46)上下游電荷感應傳感器之間的間距為L，根據渡越時間τ₀，計算得到感應電極環內氣流流動的速度v，計算公式如下：

式中，k₀為速度無量綱校正系數，由實驗標定確定。

2.如權利要求1所述的基于離子示蹤的氣流速度測量方法，其特征在于，步驟(46)中，速度無量綱校正系數標定方法如下：在實際氣流流動條件下，利用激光多普勒測速儀對本方法的速度測量值進行對比標定；激光多普勒測速儀與本測量裝置同步測量，測量裝置記錄測量數據并保存，取與激光多普勒測速儀同時間、同區間的速度測量值與激光多普勒測速儀的速度測量值組成一個數據對，每次標定至少要獲得6對數據；以本測量裝置測量的氣流速度為X_i，激光多普勒測速儀測得的氣流速度為Y_i，將相關系數大于0.92的數據對定義為有效數據點x_i和y_i，有效測點的數量m應在6個以上；再運用一元線性回歸，給出標定曲線，進而獲得標定系數k₀：