一种气体动态速度测量记录仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及气体速度测量，尤其是涉及可直接显示速度、也可由电脑采集测量信号的一种气体动态速度测量记录仪。
【背景技术】
[0002]测量气体速度不论在生活还是科学领域都有重要的作用。例如，在一些对空气对流速度要求较高的体育竞技(如羽毛球赛)比赛场上，必须随时监测空气风速的动态变化；而在气体动力学实验中，更离不开对变化的流场中气体流速的动态测量。例如，在航空科学领域，气动试验中需要充分了解模型周围流场的变化，对流场变化进行动态测量，以便采取流动控制措施。有时流场变化速度较快，脉动频率可达到几百赫兹，甚至更高。这就要求动态速度测量仪器的采样时间间隔达到毫秒量级，且可提取数据进行分析处理。
[0003]目前，很多测量方法仍是利用传感器与简单电路结合进行测量，其最主要的缺点是无法记录流场中某点速度数据的变化过程，对动态速度的测量精度不高，而动态速度测量精度高的测量设备一般体积庞大，造价昂贵。
[0004]公开号为CN102495232A的中国专利申请公开了一种便携式管道线风速测量仪，包括检测杆、静压杆、总压杆、风速数字显示计。检测杆长度可调，可分别通过静压杆、总压杆连接风速数字显示计。该发明提出的便携式管道线风速测量仪，风速测试元件采用多个圆形均压管套接而成，可实现对线风速的测试；采用数字显示模式，可以直接显示线风速，实现现场读数。虽该发明较其他同类测试装置具有测量效率高、准确、方便快速等优点。但所测数据只能人工读数记录，无法直接采集存储到计算机中，因此无法动态测量。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供不仅体积小、成本低、重量轻、动态测量采样时间间隔可达毫秒级(大于等于2ms)，而且可经计算机采集测量数据的一种气体动态速度测量记录仪。
[0006]本实用新型设有动态压力信号感受模块、模拟信号接收及处理模块、流速显示模块、流速数据存储模块；
[0007]所述动态压力信号感受模块的动态压力信号输出端接模拟信号接收及处理模块的输入端，模拟信号接收及处理模块的气体速度数字信号输出端分别接流速显示模块和流速数据存储模块的输入端；所述模拟信号接收及处理模块设有单片机单元、供电单元、晶振滤波单元、RS232通讯单元和状态指示单元；单片机单元的输入端口分别与供电单元、晶振滤波单元和RS232通讯单元连接，单片机单元的输出端口与状态指示单元连接，供电单元的输出端分别与晶振滤波单元和RS232通讯单元的输入端连接。
[0008]所述动态压力信号感受模块可采用动态压力传感器，作为一种优选方案，动态压力传感器可选用压电式传感器。所述模拟信号接收及处理模块采用单片机搭建，作为一种优选方案，单片机采用MICROCHIP公司8位中央处理器PIC16F877A。
[0009]所述流速显示模块可采用数码管流速显示模块。
[0010]所述流速数据存储由计算机完成。
[0011]本实用新型的工作原理及有益效果如下:
[0012]本实用新型通过动态压力传感器测量气体动压，传感器将压力转化为电压信号形式输出；利用PIC单片机的A/D转换功能，把电压信号模拟量转换为数字信号；根据伯努利定律，在单片机内编写算法，以得到的数字信号为基础，计算出气体速度；得出气体速度后，一方面通过数码管实时显示，另一方面，通过RS232串口输出至计算机，存储记录气体速度和压力的变化。本实用新型可应用于航空、气象等需要测量气体压力及速度的场合。
[0013]本实用新型的突出优点是:
[0014]1.本实用新型的动态压力传感器将感受到的压力变化转换成电压模拟信号，采样时间间隔可达毫秒量级，动态特性好；
[0015]2.本实用新型的流速数据存储模块可将流速数据存储在计算机内，供随时查看、调用和进一步处理；
[0016]3.本实用新型的模拟信号接收及处理模块能长时间地接收反映气体压力动态变化的电压模拟量，将其转换为数字信号，并处理成速度数据记录下来；
[0017]4.本实用新型的动态压力信号采集模块若选用小探头压力传感器，可进行流场点测量；
[0018]5.本实用新型采用模块化设计，易于维护；
[0019]6.本实用新型环境适应性强、工作可靠、抗电磁干扰能力强；
[0020]7.本实用新型体积小、重量轻，制作成本低。
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型实施例1的电路原理框图。
[0022]图2是本实用新型实施例1的模拟信号接收及处理模块原理框图。
[0023]图3是本实用新型实施例1测量记录的流速数据。
【具体实施方式】
[0024]实施例1
[0025]图1给出本实用新型实施例1的电路原理框图。本实用新型设有动态压力信号感受模块1、模拟信号接收及处理模块2、流速显示模块3、流速数据存储模块4 ;所述动态压力信号感受模块1的动态压力信号输出端接模拟信号接收及处理模块2的输入端，模拟信号接收及处理模块2的气体速度数字信号输出端分别接流速显示模块3和流速数据存储模块4的输入端；所述动态压力信号感受模块1可采用动态压力传感器，作为一种优选方案，动态压力传感器可选用压电式传感器。所述模拟信号接收及处理模块采用单片机搭建，作为一种优选方案，单片机采用MICROCHIP公司8位中央处理器PIC16F877A。
[0026]所述流速显示模块可采用数码管流速显示模块。
[0027]所述流速数据存储由计算机完成。
[0028]动态压力信号感受模块1采用北京华控兴业有限科技公司出产的HSTL-800动态压力传感器，该传感器量程0?6KPa，采样频率500Hz，传感器通过线性变换，将取得的压力信号值，变换为ο?5V之间的对应电压值。该传感器整体尺寸大小约为φ 30*100，其压力采集孔直径为1mm。
[0029]模拟信号接收及处理模块2为气体动态速度测量记录仪的核心，设计采用目前成熟，可靠的技术。如图2，所述模拟信号接收及处理模块2设有单片机单元21、供电单元22、晶振滤波单元23、RS232通讯单元24和状态指示单元25 ;单片机单元21的输入端口分别与供电单元22、晶振滤波单元23和RS232通讯单元24连接，单片机单元21的输出端口与状态指示单元25连接，供电单元22的输出端分别与晶振滤波单元23和RS232通讯单元24的输入端连接。
[0030]单片机单元21采用MICROCHIP公司8位中央处理器PIC16F877A控制各部分完成数据采集、计算、存储、通信等功能。压力信号感受模块将压力信号以电压的形式输出，单片机单元21在RA0端口接收电压信号，并通过A/D转换功能，将接收到的电压模拟信号转为数字信号；通过事先在单片机内编写的程序对得到的电压数字信号进行计算，得出气体的压力值及速度。在上述过程中，供电单元22提供单片机所需工作电压，晶振滤波单元23提供单片机工作所需时序信号，状态指示单元25以LED灯的闪烁频率表明单片机的运行状态，RS232通信单元24负责将得到的气体速度及压力信号上传至计算机进行后处理。
[0031]流速实时显示模块3采用数码管搭建。在信号接收处理模块工作过程中，编写在单片机内的程序将气体的速度转换为数码管可接收的信号，输出至74HC138芯片，由74HC138芯片控制双位数码管实时显示气体速度，可显示的流速范围在0至100m/S之间。
[0032]流速存储记录模块4是气体动态速度测量记录仪的重要部分，负责记录存储快速变化的气体压力及速度。
[0033]图3所示为采用本实用新型测量一种脉动式射流得到的三种不同工作状态下的速度变化曲线。在25ms内，本实用新型完整地测量了三个周期的速度变化。
[0034]本实用新型具有较高的时间精度(响应时间低于2ms)和采集速度(采集频率高达500HZ)，并且可测量速度范围较广(0?100m/s)。
【主权项】
1.一种气体动态速度测量记录仪，其特征在于设有动态压力信号感受模块、模拟信号接收及处理模块、流速显示模块、流速数据存储模块； 所述动态压力信号感受模块的动态压力信号输出端接模拟信号接收及处理模块的输入端，模拟信号接收及处理模块的气体速度数字信号输出端分别接流速显示模块和流速数据存储模块的输入端；所述模拟信号接收及处理模块设有单片机单元、供电单元、晶振滤波单元、RS232通讯单元和状态指示单元；单片机单元的输入端口分别与供电单元、晶振滤波单元和RS232通讯单元连接，单片机单元的输出端口与状态指示单元连接，供电单元的输出端分别与晶振滤波单元和RS232通讯单元的输入端连接。2.如权利要求1所述一种气体动态速度测量记录仪，其特征在于所述动态压力信号感受模块采用动态压力传感器。3.如权利要求2所述一种气体动态速度测量记录仪，其特征在于所述动态压力传感器选用压电式传感器。4.如权利要求1所述一种气体动态速度测量记录仪，其特征在于所述模拟信号接收及处理模块采用单片机搭建。5.如权利要求4所述一种气体动态速度测量记录仪，其特征在于所述单片机采用MICROCHIP公司8位中央处理器PIC16F877A。6.如权利要求1所述一种气体动态速度测量记录仪，其特征在于所述流速显示模块采用数码管流速显示模块。
【专利摘要】一种气体动态速度测量记录仪，涉及气体速度测量。设有动态压力信号感受模块、模拟信号接收及处理模块、流速显示模块、流速数据存储模块；所述动态压力信号感受模块的动态压力信号输出端接模拟信号接收及处理模块的输入端，模拟信号接收及处理模块的气体速度数字信号输出端分别接流速显示模块和流速数据存储模块的输入端；所述模拟信号接收及处理模块设有单片机单元、供电单元、晶振滤波单元、RS232通讯单元和状态指示单元；单片机单元的输入端口分别与供电单元、晶振滤波单元和RS232通讯单元连接，单片机单元的输出端口与状态指示单元连接，供电单元的输出端分别与晶振滤波单元和RS232通讯单元的输入端连接。
【IPC分类】G01P5/02
【公开号】CN205038228
【申请号】CN201520833768
【发明人】林麒, 连光册, 刘汝兵, 施崇广, 李宣武, 敖成娇
【申请人】厦门大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年10月26日