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2018年动态压力测量方法doc

  动态压力丈量伎俩 动态压力风洞实习数据处罚软件 行使手册 目 录 第一章 绪论......................................................... 1 1.1风洞数据收罗编制特征......................................... 1 1.2风洞数据收罗编制近况与生长................................... 2 1.3本软件首要效力特征........................................... 3 第二章 动态压力丈量伎俩............................................ 5 2.1 测压导管的通报函数 .......................................... 5 2.2 两通道的通报函数 ............................................ 6 2.3 分别外径导管通报函数的模值比和相位差 ........................ 7 2.4 动态数据处罚工夫 ........................................... 11 2.5 结论 ....................................................... 12 第三章 动态压力风洞实习数据处罚软件的安排与完成.................... 13 3.1 软件需求说明 ............................................... 13 3.2 软件效力安排 ............................................... 14 3.3软件流程安排................................................ 15 3.4 软件界面安排 ............................................... 17 第四章 动态压力数据处罚编制调试 .................................. 24 4.1 动态线性度检定 ............................................. 24 4.2 动态差错限检定 ............................................. 24 第一章 绪论 1.1风洞数据收罗编制特征 风洞是实行氛围动力学探讨的主要试验装配。风洞试验装配囊括丈量编制、数据收罗编制、模子姿势及局限编制、风速局限编制等。风洞试验中要收罗大方的数据,首要有试验模子的升力、阻力、力矩、模子外外压、温度、洞体压力、模子角度等,这些数据仰赖热线风速仪、压力扫描阀、应变天平、激光位移计、加快率传感器等实行量测。早期,风洞试验为人工读数和手动方法,试验周期长,数据量大,试验精度低,处罚周期长。为了降低风洞试验出力、试验精度及试验程度,从20世纪70年代发端,各风洞逐渐引入了数据收罗编制。由数据收罗编制承担来日自天平或压力传感器等丈量编制的电信号转化成数据,通过众通道数据收罗板,把传感器送出的模仿信号转化成数字信号送筹划机存储。 风洞数据收罗编制具有如下特征: (1)高速、高精度、具有强的抗作对才华 风洞试验数据的精度直接影响到试验对象的氛围动力学安排的准确性。风洞数据收罗编制应具有高速、高精度、具有强的抗作对才华。气动力系数中模子的阻尼系数△CX 的试验精度要到达0.0001,风洞各参数丈量精度央求为总压精度0.07%,静压精度0.07%,总温精度1%,法向力精度0.08%,轴向力精度0.08%,迎角精度0.01%。 目前筹划机工夫正在速率和内存量等方面不息降低,为高速、高精度、众道并行收罗以及及时数据传输等创作了须要的条款。单道A/D数据收罗编制来分时收罗的众道数据收罗编制正在风洞试验中己成为根基筑设,但其不行满意真正的及时、同步收罗的央求。并作为态数据收罗编制已成为一个根基的生长趋向。它将众道A/D收罗电道并行措置,用统一个触发信号同时启动各道A/D实行编码,保障了各道信号收罗的端庄同步性,对某瞬态功夫各道信号的说明具有非常主要的道理。同时因为不再行使模仿开合,使各道信号间的串模作对减到了最小,编制精度可取得进一步降低。 (2)收罗参数众,点数众 风洞试验首要有老例测力、测压试验、流场校测、动态试验等。老例试验中收罗参数有六分量天平信号、风速、试验段压力、模子底部压力、大气压、风洞的洞温、室温,大约二十几个参数。模子外外压力收罗参数有几十点到上千点。流场压力收罗数据的点较众,普通风洞从几百点到几千点。动态试验参数有脉动压力及各类交变振动信号,普通几点到几十点。因为采用压力传感器配老例数据收罗编制测得可测点数较少。当需测点数较众时,则普通采用电子扫描阀一测压或者用压敏漆工夫完成光学测压。 (3)具备数据及时收罗、存储、挪用、说明、输出等效力 能实行及时数据的自愿收罗与处罚,能及时显示主要的试验参数,能存在收罗的原始数据和及时筹划的结果数据,能将及时显示数据发送到用户劳动间内的显示编制中,央求风洞数据说明处罚编制能吸收和存在由数据收罗筹划机发送来的数据结果,能创筑风洞吹风的数据库,能查看、挪用数据库,能对每次的数据实行归纳说明,能正在高区分率的图形屏幕上显示提供归纳说明用的数据与弧线,能打印和画图输出数据。能通过汇集与局限编制筹划组织联,有自检、自校才华。 为到达这些央求,风洞数据收罗编制需筑设高机能、高速率、大容量、高牢靠性 的筹划机编制。筑设高机能数据库执掌软件,央求人机界面好看、行使轻易。筑设高速打印机(激光打印机) ,可读写光驱,画图仪,高区分率彩色图形显示器等。 1.2风洞数据收罗编制近况与生长 风洞数据收罗编制从20世纪70年代到现正在,一经更新了几代,收罗速率从每秒几十次己降低到每秒几十万次,精度从0.5%降低到0.02%。从风洞数据收罗编制用处上可分为老例数据收罗编制和高速数据收罗编制。 (1)风洞老例数据收罗编制 风洞老例数据收罗编制用于风洞稳静态试验,是指老例测力、测压试验。该编制普通采用巡行扫描式收罗编制布局局势,一个编制有几十个到几百个数据收罗通道,运用众道采样开合共用一个A/D转换器。目前,邦外里风洞中正正在行使的老例数据收罗编制有:Neff62O数据收罗编制、PRESTON 数据收罗编制、HD2000数据收罗编制、ODYSSEY 数据收罗编制、PACIFL6000数据收罗编制、PC 机数据收罗编制。目前风洞老例试验央求编制速率10Oks/s,通道数从64道~128道, 精度0.02%。传感器精度不降低,过高的降低编制精度无道理。动态试验每通道一个16位A/D速度100ks/s,精度0.1%足够。前面的几种编制根基满意风洞试验央求。 (2)风洞高速数据收罗编制 风洞高速数据收罗编制用于风洞动态试验,该编制各数据收罗通道并行劳动,每个通道具备一个高频响放大器、一个高速A/D转换器、一个大容量存储器及一个高速DSP 数字信号处罚器。高速数据收罗编制的中枢是高速高精度的A/D转换器和数字信号处罚器。这两种芯片近年来获得了极为急速的生长。比如 Nat1onal 公司的 ADC081000型高速A/D转换器,其转换速率高达1000Ms/s,区分率达sbit 。又如Tl 公司的nSP 芯片从TMS320C3X 系列己生长到TMS32OC64x 钾,并且处罚的实质和才华大大强化。风洞高速数据收罗编制另一个主要方面是信号的收罗、显示、存储、传输和处罚的软件工夫,正在此底子上,形成了虚拟仪器工夫,能够矫捷的集成数据收罗编制。对编制用软面板实行操作和局限,能够及时看管丈量参数或与处罚结果(如均匀值、谱说明FFT 、数字滤波、工程单元转换等) 。还能够将收罗存储的数据作过后处罚,以获得各类所需的试验结果的图形、弧线、图外等,并可以又速又好的获得测试结果或 试验陈述,大大降低了试验的出力。 为顺应分别地方利用,可变成分别的布局大致有孤独专用数据收罗编制,插卡式总线数据收罗编制,散布式收罗编制,汇集式收罗编制等。风洞动态试验央求收罗的速度越来越高。所以收罗的方法,从扫描式收罗生长到并行收罗,近年来还显现了瓜代式收罗,将通道采样速度降低到IGs/s的程度,并可以以较高的采样速度完成长年华的稳态数据收罗和具有及时正在线监控效力。风洞与筹划机一体化将会使风洞试验出力和试验质料大幅度的降低。风洞试验出力的降低,不只外示正在流程局限的自愿化方面,并且,测力、测压一体化试验,带头机与机体一体化试验,以及静态、动态一体化试验也都是改日的生长宗旨。 1.3本软件首要效力特征 低速风洞数据收罗编制,囊括硬件安排与软件安排两方面。安排时琢磨到虚拟仪器的诸众利益,加上Pxl 总线具有大含糊量、高数据传输、高牢靠性、优异 的电磁兼容性和抗作对才华等利益,于是将虚拟仪器工夫和PXI 总线工夫引入了 风洞试验数据收罗范畴,采用“硬件Pxl 编制布局+软件平台Labwindows/CVI”的开采形式,开采了一套前辈的风洞数据收罗编制。 正在探讨流程中应着重处分的如下题目: (1)利用虚拟仪器工夫完成基于PXI 平台的风洞数据收罗编制硬件,使之到达 安排工夫目标央求而且劳动安稳。奇特是排挤和分开风洞现场的作对对数据收罗编制的影响。 (2)通过说明用户需求,安排并开采基于Labwindows/CVI软件平台的风洞数据 收罗编制软件,使之可以执掌试验流程,完成数据收罗和数据处罚等效力。奇特是数据收罗和众线)完成风洞数据收罗编制、模子姿势局限编制、速压局限编制等风洞子编制 的以太网毗连,正在汇集上完成编制数据共享和鸠合执掌。 (4)正在准绳信号下,对该数据收罗编制软、硬件的效力、目标及适用性、牢靠 性实行验证性测试。 第二章 动态压力丈量伎俩 丈量动态压力的最好主见是正在机翼外外直接装配动态压力传感器,它既不会形成幅值的衰减,又不会形成相位平移。不过受条款所限,不或者正在模子外外装配大方的微型动态压力传感器,同时因为试验中脉动频率小于2Hz ,所以琢磨用一段测压管毗连压力传感器的方法进作为态压力丈量,并对用测压管进作为态压力丈量的可行性实行了周密探讨。 2.1 测压导管的通报函数 首要伎俩是丈量分别长度和管径的测压导管对脉动压力幅值和相位的影响。如图2.22所示,咱们用信号发作器和功率放大器驱动扬声器,形成所需频率限制的声波,因为扬声器发出的声波正在自正在空间中是以球面波的局势宣传的,所以按照声波导管外面,只消生源的频率低于声波导管的截止频率,正在管中就能形成独一的平面波。所以为了获得同相位、同幅值的声压脉动,正在扬声器后加装了一个长350mm ,直径为80mm 的有机玻璃管。由声波导管外面能够明白圆柱形管中声波导管的截止频率为: f c =1. 84c 0343=1. 84=2512. 4Hz (2-9) 2πr 2?3. 14?0. 04 正在此频率下导管中获得的便是平面波。平面波的特征是:声波仅沿x 宗旨宣传,而正在yz 平面上全体质点的振幅和相位均不异。运用平面波的这种同振幅、同相位的特色,使得两道传感器的输出端信号存正在可比性,为最终确定导管的压力通报函数供应条款。借助圆截面声波导管正在管中变成的平面声场,能够取得测试用准绳压力脉动。将个中一个传感器直接装配正在测试面上,另一个传感器则通过一根需求实行测试的测压导管毗连。云云直接装配正在测试面上的传感器能够直接感染压力的脉动,而另一个传感器感染到的信号则通过了导管的衰减和相位评断,通过对照这两个信号能够评估测压导管对动态压力丈量的影响,而且获得测压导管的通报函数。 图2.1 测压导管通报函数丈量装配 2.2 两通道的通报函数 为了获得测压导管的通报函数,最初需求确定无导管情景下两通道的通报函数。宛若2.23所示,设各个枢纽都为线性编制,A 通道的通报函数为: Y A e j (ωt +φA ) K A (j ω) =X A e j (ωt ) B 通道的通报函数为: (2-10) Y B e j (ωt +φB ) K B (j ω) =j (ωt ) X A e 则: (2-11) K A (j ω) Y A e j (ωt +φA ) =j (ωt +φB ) K B (j ω) Y B e (2-12) 图2.2 无导管时两通道通报函数确定装配 有导管时,如图2.24。通道A 通报函数为: j (ωt +φA ) Y ‘e K A (j ω) =A j (ωt ) X A e (2-13) 通道B 的通报函数为: Y B e j (ωt +φ0) K 0(j ω) K B (j ω) = X A e j (ωt ) 个中K 0(j ω) 为测压导管的通报函数。所以: (2-14) Y B e j (ωt +φB +φ0) Y B e j (ωt +φB +φ0) K A (j ω) Y B e j (ωt +φB +φ0) Y A e j (ωt +φA ) 1K 0(j ω) =?= j (ωt +φA ) ?= j (ωt +φA ) ? j (ωt ) K B (j ω) K B (j ω) X A e Y A e Y A e Y B e j (ωt +φB ) (2-15) 所以通过确定无导管和有导管时A 、B 通道间的通报函数,就能够确定导管的通报函数。 图2.3 有导管时两通道通报函数确定装配 2.3 分别外径导管通报函数的模值比和相位差 辨别对外径为Φ1.2mm 、Φ1.5mm 、Φ2.0mm 、Φ2.5mm 分别长度的导管实行丈量。丈量结果如图2.25所示,辨别为分别长度导管的通报函数的模值比和相位差。 幅值 (a )Φ2.5mm 导管的频率呼应性格 相位 幅值 (b )Φ2.0mm 导管的频率呼应性格 相位 幅值 (c )Φ1.5mm 导管的频率呼应性格 相位 幅值 (d )Φ1.2mm 导管的频率呼应性格 图2.25 测压导管实习丈量结果 相位 从途中能够看出,该编制正在一政海和管径限制内,外示出二阶编制的极少性格。正由于如斯,能够按二阶编制从新处罚数据,进而进一步说明官长和管径对这个二阶编制性格如:阻尼比、固有频率、静态增益等的影响。 将原始数据实行“二阶编制通报函数”的拟合。准绳二阶编制的通报函数为: M = K 21-() 2+j ω ω0ω0 2 (4ξ-2) ,b = = ??ω ?1- ω???0 K ω 2 20 K ???? 2 ???ω?+?2ξ ω??0?? 2 4 2 (2-16) ??????? 2 令a =K 2 ,c =K ω ,x =ω2=(2πf ) 2, y =M 2 , 则获得二次函数为:y =a +bx +cx 2,并通过最小二乘法拟合实习数据获得。个中ω0=2πF r 。 处罚后的结果如图2.26所示。 幅值 (a )Φ2.5mm 导管的频率呼应性格 相位 幅值 (b )Φ2.0mm 导管的频率呼应性格 相位 幅值 (c )Φ1.5mm 导管的频率呼应性格 相位 幅值 (d )Φ1.2mm 导管的频率呼应性格 图2.26 测压导管数据处罚后的结果 相位 而且获得了编制的阻尼比和固有频率,睹外2.6 外2.6 分别长度和管径导管的固有频率和阻尼比 2.4 动态数据处罚工夫 正在动态试验流程中,因为大迎角气流分别惹起的活动的不反复性以及模子作 高频振动时的惯性力和气流分别非定常涡活动惹起的布局振动等变成丈量数据离散性很大,有效信号并吞正在布景噪声之中,无法获取所需求的丈量结果,所以需求实行奇特处罚。 最初正在数据收罗时采用低通滤波器,滤掉极少无用的高频信号。同时数据的 收罗流程采用众周期的锁相收罗,并对取得的众周期数据实行相位均匀处罚。然后又安排了数字滤波处罚软件,以除去布景噪声,排挤数据的振荡征象。 2.5 结论 从处罚后的结果能够看出,不异管径下,跟着管长L 的减小,固有频率F r 逐步增大,阻尼比ξ逐步减小。但注视到Φ2.0mm 和Φ2.5mm 的导管,辨别正在L=200mm时显现相反趋向,即ξ跟着L 减小逐步增大。说明实习流程可知,正在装备毗连流程中行使了内径较小(0.7mm )的塑料管毗连压力传感器和待测管道。当Φ1.2mm 和Φ1.5mm 时,待测管道自己的内径也较小,于是没显现相反趋向;而Φ2.0mm 和Φ2.5mm 时待测管道自己的内径比塑料管大较众,当L 较长时,塑料管的影响较小,不至于蜕化ξ减小的大趋向。但当L 较短时,塑料管与待测管道的相对长度增大,对实习结果影响增大,蜕化了ξ的变动趋向。不异管长下,跟着管径Φ的增大,固有频率F r 逐步增大,阻尼比ξ逐步减小。 通过以上说明,正在模子上选用的测压管为外径为2.0mm 、长度为300mm 的测压导管。能够看出,云云的导管正在频率10Hz 以下,对动态信号的幅值没有影响,相位平移也较小,根基能够怠忽,能够满意目前动态压力丈量的需求。 为了验证用导管进作为态压力丈量实在凿性,还正在模子上个体装配了 几个动态压力传感器,并对丈量结果实行了对照,结果标明用测压导管统统能够实行低频的动态压力丈量,丈量结果牢靠。 第三章 动态压力风洞实习数据处罚软件的安排与完成 本章首前辈行了风洞收罗编制软件的需求说明,正在对风洞试验流程说明、风洞试验数据收罗需求说明的底子上,提出了软件效力央求,并对软件轨范模块实行了划分,安排了轨范界面,并先容了症结轨范的安排。 3.1 软件需求说明 3.1.1 风洞实习流程说明 按照用户的习气,风洞试验是按照实习策动外,按车次实行的。 (1)试验策动外 用户正在试验前要编制试验策动外。试验策动外是按照试验职司和试验纲目编写的。试验策动外可分为试验策动总外和试验策动周密外两种。 (2)车次 车次是由固定模子姿势变风速或固定风速变模子姿势的一组丈量点构成的。一个车次是由众个丈量点构成的,一个丈量点即为正在法则风速和模子姿势情景下的一次数据收罗,一次数据收罗有众个被采的参数,每个被采的参数即为一个通道。 3.1.2 风洞试验数据收罗需求 正在风洞试验流程中,数据收罗分初读数收罗和吹风仪集两步实行。 (1)初读数据收罗 关于一个吹风车次的试验,最初正在不吹风的情景下收罗天平、应变天平、速压、温度传感器、大气压等的初读数。初读数收罗分为单点收罗和逐点收罗两种方法,每次收罗到的各通道数据需求把原始值和均匀值辨别存在起来。 (2)吹风数据收罗 正在吹风情景下,收罗天平、应变天平、速压、温度传感器、大气压等的吹风数据,从吹风均匀值中扣除对应丈量点的初读数均匀值即为均匀差值,再由均匀差值经标度变换获得所需的工程量。吹风数据文献需求把原始值、均匀值、均匀差值和工程量辨别存在起来。 3.1.3软件效力需求 (l)运转试验策动:正在一经编制的试验策动中,选择一条运转项目,按个中的试验参数执掌试验流程; (2)数据收罗:当试验参数局限到给定条款时,以静态方法或动态方法收罗所需求的众个参数,并存储原始数据; (3)数据处罚:当收罗试验数据告终后,按设定的试验参数处罚方法说明数据,并存在到与试验策动相对应的试验数据库中; (4)数据收罗模块、模子姿势及试验辅助局限模块和试验看管模块由以太汇集毗连。正在汇集上完成编制数据共享和鸠合执掌。 3.1.4 开采平台及运转境况 (1)开采器械:Labwindows/CVI7.1 (2)操作编制:Windows2000/WindowsXP/WindowsNT (3)筹划机:IPC一H43221控机 3.2 软件效力安排 因为数据收罗模块由一台工控机告终,同时具有试验策动执掌效力。软件包 括主控模块和相应的效力子模块。具有通道遴选、参数配置效力,完成64个通道的静态数据及24个通道的动态数据的收罗、显示和存在。具有符适用户需求的数据说明处罚效力。软件效力划分如图3.1所示。 图3.1数据收罗编制软件模块 (1) 64通道的静态数据收罗 ①遴选通道,实行通道参数配置(放大倍数,滤波频率) 。 ②采样频率正在收罗卡的允诺限制内可选。 ③采用低通数字滤波,抑遏工频作对。 ④采样数据长度按照需求可选。 ⑤收罗数据的文献存储格局有文本和二进制两种,兼容后续处罚。 ⑥收罗数据的弧线显示。 ⑦数据收罗和存在。 (2)24通道的动态数据收罗 ①遴选通道,实行通道参数配置(放大倍数,同步方法,滤波频率) 。 ②采样频率正在收罗卡的允诺限制内可选。 ③采样数据长度按照需求可选。 ④数据收罗文献存储格局兼容后续处罚。 位论文风洞数据收罗编制安排与完成 ⑤收罗数据的弧线显示配置与弧线显示。 ⑥数据收罗和存在。 (3)试验数据的说明和处罚 按照用户的需求实行试验数据的说明、处罚和浏览。 (4)文献执掌模块 ①试验运转策动执掌。正在分别的状况下,编辑、浏览、调整试验策动,存在所 有的试验形式和相应的参数; ②存在收罗的试验数据文献; ③存在试验数据的说明和处罚结果文献; (5)通讯模块 通讯效力的完成基于以太网、采用TCP/IP制定告终数据丈量子编制与速压子系 统、模子姿势及试验辅助子编制之间的数据通讯。 3.3软件流程安排 按照用户需乞降软件效力模块,关于一个试验车次的开车流程有了懂得的理 解,能够按照试验车次职司的本质,用试验条款局限、数据收罗、试验数据说明与处罚和试验数据执掌等职司来架构数据收罗编制软件。其根基流程如下: (1)选择试验形式,试验策动预先编制好,以Exoel 外的局势存放,按照试验 形式读取试验策动外; (2)向模子姿势局限编制、速压局限编制通报试验形式音信,并读取速压安稳 信号(守候返回信号); 当模子姿势到位,速压来到指定条款时,即可发端收罗数据,不然不断守候: (3)收罗通道配置与通道参数配置; (4)收罗数据; (5)收罗完毕信号发给模子姿势局限编制、速压局限编制; (6)判别该试验形式是否解散; (7)数据处罚和说明; (8)从新发端试验形式遴选,实行新的试验车次运转; 若不遴选,则泊车。 将上述流程实行归结,末了获得风洞数据收罗的流程如下图。 图3.2 动态数据处罚软件留下横安排 3.4 软件界面安排 (1)主控模块界面 主控模块界面效力首要是完成静态、动态数据收罗遴选,并将试验根基音信作一记实。 图3.3 主控模块界面 (2)动态数据收罗界面 图3.4 动态数据收罗界面 (3)通道测试界面 图3.5 通道测试界面 (4)风速测试界面 图3.6 风速测试界面 (5)实习数据的说明和处罚界面 图3.7 实习数据示波界面 图3.8 实习数据浏览界面 图3.9 时域说明子模块览界面 图3.10 频域说明子模块览界面 (6)文献执掌模块 以菜单项的局势显现正在界面最上方。 图3.11 文献执掌模块界面 (7)通讯效力模块 图3.12 数据丈量子编制通讯界面 第四章 动态压力数据处罚编制调试 风洞数据收罗编制由硬件和软件构成,正在硬件平台修建好之后,最初采用NI 公司的DAQ 软件对硬件编制扫数效力作了验证,硬件效力寻常后,又安排了特意的风洞数据收罗编制软件,软件调试胜利后。对扫数编制做了效力目标的测试。首要对如下目标实行了检定:动态线 动态线)目标央求 动态数据收罗试验测试通道线)测试伎俩 给定准绳信号辨别为1.25mV 、10mV 、30mV 、50mV 、70mV 、90mV 和98.75 选定通道后实行数据收罗,收罗点数为1000个点,然后实行线动态线号通道) 。 从丈量结果能够看出,通道安稳,收罗数据的千分位最众变动一个数码。遵循验收的筹划央求筹划,每一个通道收罗1000个数据,筹划结果L 的值如外5.7所示,从中能够看出,线 动态差错限检定 (l)目标央求 动态数据收罗试验测试数据精度蕊0.5%。 (2)测试伎俩 给定准绳信号辨别为一25mV 、10mV 、30mV 、50mV 、70mV 、90mV 和98.75mV 。 选定通道后实行数据收罗,收罗点数为1000个点,然后实行差错筹划。 (3)测试数据 外4.2动态差错限检定命据外(24号通道 ) 从丈量结果能够看出,通道安稳,收罗数据的千分位最众变动一个数码。遵循验收的筹划央求筹划,每一个通道收罗1000个数据,筹划结果A 的值如外5.8所示,从中能够看出,差错成0.5%,满意目标央求。

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