一种基于惯性传感器的五孔探针的制作方法

本实用新型涉及流体测量技术领域，特别涉及一种适用于大范围空间稳态流场速度矢量快速测量的基于惯性传感器的五孔探针。

背景技术：

五孔探针是基于流体绕流球体流动特性进行测速的，将五孔探针伸到所测流场待测点位置，将各孔所测压力考虑适当校正系数，即可求出流场待测点速度矢量。目前五孔探针有两种使用方法：转动法和不转动法。转动法校准较为简单，但是使用过程中工作量大，对测量环境要求较高，需要配套准确的角度旋转设备。不转动法校准工作量大，试验校准曲线的拟合也比较麻烦，但是测量时间较短，所以大型试验多采用不转动法。每一个五孔探针交付使用时，都会配有三条特性校准曲线，分别为：角度特性曲线、动压头特性曲线、总压特性曲线。三条特性校准曲线为五孔探针的特征曲线，是五孔探针使用的前提条件。由于加工工艺及加工误差等影响，每个五孔探针的特性校准曲线都有所不同。

五孔探针测量精度高、可靠性好、结构简单、探针不易损坏，易于维修且造价低；但五孔探针受自身测量角度限制，测量校准及校准数据处理比较繁琐，误差难以减小。特别是在进行大范围的空间的流场测量中需进行逐点测量，每一次测量均需要对五孔探针方向进行对准操作，在测量过程中还应对五孔探针的测量位置进行标定，对于原有普通五孔探针在进行较大范围空间进行测量时来说费时费力，测量难度大，精度较低，常发生速度角度偏离、速度大小精度不足等问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于惯性传感器的五孔探针，实现对大空间稳态流场的快速精确测量，提高流场测量的准确性和测量效率。

本实用新型是采取如下技术方案予以实现的：

一种基于惯性传感器的五孔探针，包括测压头和设在测压头上的5个测压孔，各测压孔分别连通5个测压管，各测压孔分别通过测压管连接至压力变送器；在测压头上刚性固定有惯性传感器，惯性传感器通过惯性传感器传输线连接至惯性传感器数据处理单元。

进一步，所述5个测压孔包括一个中心孔以及沿中心孔外侧的五孔探针斜侧面两对对称分布的压力孔，压力孔的轴线与中心孔的轴线呈45°夹角。

进一步，所述测压头上还设有与惯性传感器连接的惯性传感器集成电路，惯性传感器传输线分别连接惯性传感器集成电路与惯性传感器数据处理单元。

进一步，所述惯性传感器包括三轴加速度计和三轴陀螺仪。

进一步，所述惯性传感器进一步包括三轴磁感应传感器。

本实用新型技术方案的具有以下有益效果：

1)在进行空间流场测量时，通过惯性传感器记录空间位置，实现测量装置的实时定位。

2)在测量过程中并对该点的速度矢量进行实时测量，实现大空间稳态流场速度矢量的快速实时定位测量。

3)在测量过程中，利用惯性传感器对多孔探针测得速度矢量进行实时标量修正和方向修正，提高多孔探针测量的数据的精确性。

本实用新型结构简单可靠，使用方便适用范围广，可实现对稳态流场速度矢量的测量，并提高了五孔探针的最大可测量方向角范围和精度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。

图1(a)是本实用新型五孔探针内部结构图；

图1(b)为图1(a)左视图；

图1(c)为图1(a)俯视图；

图1(d)为三维轴测图。

图2(a)、图2(b)分别是本实用新型五孔探针传感器局部图。

图3是本实用新型应用于大空间稳态三维流场进行测量示意图。

图中：1.测压头；2.测压孔；21.测孔Ⅰ；22.测孔Ⅱ；23.测孔Ⅲ；24.测孔Ⅳ；25.测孔Ⅴ；3.五孔探针后端盖；4.惯性传感器；41.惯性传感器集成电路；5.惯性传感器传输线；6.测压管；101.五孔球形探针。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。

如图1(a)-(d)所示，本实用新型一种基于惯性传感器的五孔探针，五孔探针包括测压头1和设在测压头上的共计5个测压孔2，各测压孔2分别连接5个测压管6；在测压头后部设有五孔探针后端盖3，惯性传感器4刚性固定于五孔球形探针内部，各测压孔2分别通过测压管6连接至压力变送器7，惯性传感器4通过惯性传感器传输线5与惯性传感器数据处理单元9相连(见图3所示)。

如图1(a)-(c)所示，五孔探针的5个测压孔2(测孔Ⅰ21-测孔Ⅴ25)与测压管6是相连通的。5个测压孔包括一个中心孔以及沿中心孔外侧的五孔探针斜侧面两对对称分布的压力孔，压力孔轴线与中心孔轴线夹角为45°。

如图2(a)、(b)所示，惯性传感器4是放置在球状测压头5个测压孔2后侧，惯性传感器4与惯性传感器集成电路41相连并通过惯性传感器传输线5连接至惯性传感器数据处理单元9。惯性传感器包括三轴加速度计和三轴陀螺仪，进一步可包括三轴磁感应传感器，三轴磁感应传感器可对加速度计和陀螺仪进行漂移校正。

本实用新型可以应用于大空间稳态流场的三维测量系统，工作原理如附图3所示，首先五孔球形探针101的五个压力测点通过测压管道连接于压力变送器7上，将五孔球形探针置于大空间稳态流场中，五孔球形探针开始测量时设置坐标原点与五孔球形探针原始正方向；通过五孔球形探针对稳态流场中单点进行速度矢量的测量。坐标系下的其他坐标点均通过惯性传感器4测量的加速度进行积分与坐标原点的相对位置进行确定；坐标系下其他坐标点的探针相对方向通过惯性传感器4测量的角速度进行积分与坐标原点的原始正方向的相对角度进行确定；惯性传感器4的三轴加速度计可对五孔探针在三维空间内的加速度进行测量，确定五孔球形探针相对于稳态流场的相对位置，三轴角速度陀螺仪可对五孔球形探针在三维空间内的角速度进行测量。利用惯性传感器的角速度陀螺仪所测相对角度对所测速度矢量进行坐标变换。五孔球形探针101在风力的作用下测压孔Ⅰ21、测压孔Ⅱ22、测压孔Ⅲ23、测压孔Ⅳ24、测压孔Ⅴ25分别产生压力信号，数据采集处理系统对五孔球形探针的测量量程进行自动检测，若超出五孔探针测试范围将提示调整探针迎风面。压力变送器7将五孔探针的压力参数变换为标准电信号。通过五孔探针数据处理单元8可计算得出当前点的流场的速度矢量，速度矢量包括速度的大小和方向；在数据耦合处理单元10中，对测得的速度矢量进行相对角度修正，得到坐标系下该位置点的速度矢量；通过数据记录单元11对所测该位置的速度矢量进行记录。五孔探针数据处理单元可以对压力变送器7送入的压力信号进行是否超量程判断，对超量程的点可进行判断剔除。通过惯性传感器可以对所测速度矢量的位置和角度进行快速确定，将大空间稳态流场内的速度矢量进行大量测量记录后绘制大空间稳态三维流场。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范田由所附的权利要求书及其等效物界定。