一种低速风洞内的超声精确测距系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风洞试验领域，尤其是涉及一种低速风洞内的超声精确测距系统。
【背景技术】
[0002] 低速风洞由洞体、模型支撑系统、数据测量处理系统和动力系统等组成，而模型位 置和姿态的测量是模型支撑系统和数据测量处理系统的主要组成部分，其精准度是保证风 洞试验数据准确性的重要环节。目前常用的模型位置和姿态测量方法包括间接测量和非接 触直接测量等，而空间距离的准确测量作为低速风洞试验模型位置和姿态测量的基础，其 测量的精准度对模型位置和姿态的测量精度至关重要。
[0003] 超声波是一种机械波，超声波又称超声，属于声波，是指频率高于20kHz的声波。目 前，超声在气体和流体中的传播理论比较成熟，应用主要包括检测超声、功率超声和医学超 声等。其中超声检测是利用超声的传播和信息载体特性，通过一定的手段提取出反映媒质 内部结构或者媒质本身特性的信息，达到检测内部结构或结构缺陷、测量物体几何尺寸和 媒质物理性能参数的目的。如超声探伤、超声测厚、超声测物位、超声测距等。超声测距是通 过测量超声波在媒质中某一空间传播的时间和该媒质中的声速来确定被测空间距离的一 种超声检测技术。超声测距方法包括相位检测法、声波幅值检测法和渡越时间法等，目前超 声测距一般使用渡越时间法。渡越时间法又包括直接测量法和反射测量法。这些测量方法 在使用过程中，一般都将声速作为常量处理。但实际上，声速会随着传播介质的密度、温度、 压力和湿度等条件的变化发生一定的变化，这样就会由于声速的变化导致测量结果的误 差，从而降低测量精度。另外由于在低速风洞中作为传播介质的空气有一定流速，声波传播 过程中的多普勒效应会对超声测距结果带来误差。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种低速风洞内的超声精确测距系统，避免低速风洞试验段 内气流速度、密度、温度、压力和湿度等对超声测距的影响。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] -种低速风洞内的超声精确测距系统，包括控制器和超声传感器一 (BD、超声传 感器二(B2)、超声传感器三(S)、超声传感器四（BD、超声传感器五(P」），其中超声传感器一 (B〇、超声传感器二(B 2)固定设置在风洞内壁上，另外一只超声传感器三(S)为移动端设置 在风洞内，超声传感器四()、超声传感器五(P」)各自固定设置在两个被测物体上，所述被 测物体置于风洞内，所述五只超声传感器均为收发一体式传感器，所述五只超声传感器的 信号输出端各自连接到控制器；
[0007] 所述系统采用测距方法由差距法和双向探测法两部分组成，如下：
[0008] 差距法
[0009] 通过常规方法测得两只固定设置在风洞内壁上的超声传感器一 (B〇、超声传感器 二(B2)之间的距离d;
[0010] 超声波换能器向风洞内发射超声波，控制器采集超声波从超声传感器三(S)发射 到超声传感器一 (B〇的接收时长为t，控制器采集超声波从超声传感器一 (BJ发射到超声 传感器三(S)的接收时长为t/ ;
[0011] 通过超声传感器三（s)的移动，控制器采集超声传感器三（s)移动的距离d2，然后 由控制器采集超声波从超声传感器三(S)发射超声波到超声传感器一 (Bi)的接收时长为t2， 制器采集超声波从超声传感器一 (BD发射到超声传感器三(S)的接收时长为t/;
[0012] 控制器采集超声波从超声传感器二(B2)发射到超声传感器一 (Bd的接收时长为t， 控制器采集超声波从超声传感器一(B〇发射到超声传感器二(B2)的接收时长为V ;
[0013]通过计算可得到：
[0015] 而实时声速c为：
[0017] 双向探测法
[0018] 设置在被测物体上的超声传感器四（B〇、超声传感器五(PJ相互发射超声波，控制 器采集超声波由Bi发射到Pj接收的时长为tju，超声波由Pj发射到Bi接收的时长为t ji2超声 传感器Bi和传感器Pj间的距离记为dji，
[0019] 通过计算可得到
[0021]在上述技术方案中，所述超声传感器三(S)在风洞内沿直线移动。
[0022] 在上述技术方案中，所述超声传感器一(BJ、超声传感器三(S)和移动后的超声传 感器三(S)在同一直线上。
[0023] 在上述技术方案中，所述每两个超声传感器之间的测量需分时测量，即从接受到 发射逐个测量。
[0024] 在上述技术方案中，所述超声波换能器发出的超声波具有一定宽度的等幅余弦 波。
[0025] 在上述技术方案中，所述超声测距时超声波传播时长采样的周期为风洞低频脉动 的整周期。
[0026] 在上述技术方案中，超声测距时超声波传播时长采样的频率为工频的整数倍。
[0027] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0028] 声速容易受到环境条件如密度、温度、压力和湿度等的影响发生变化，而一般情况 下声速作为常量处理，这会引起相应的误差。本发明中，通过采用差距法实现低速风洞内声 速的实时测量，避免了将声速作为常数处理引起的误差；
[0029] 本发明中，利用双向探测法获得低速风洞试验段内两物体的空间距离，避免了低 速风洞试验段内空气流速(会产生多普勒效应)等对测距结果的影响，提高了测量的精度；
[0030]本发明中，采用了非接触测量手段，避免了测量仪器对低速风洞试验段流场和试 验环境的影响，对提高试验效率和数据的准确性有益处。
【附图说明】
[0031 ]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0032] 图1是差距法原理图；
[0033] 图2是双向探测法原理图。
【具体实施方式】
[0034] 本发明由两部分内容组成：一是采用差距法获得低速风洞试验段内的实时声速； 二是利用测量到的实时声速，采用双向探测法获得低速风洞试验段内待测的两物体间的精 确空间距离。为了实现这两部分功能，超声传感器一 (BD、超声传感器二(B2)、超声传感器三 (S)、超声传感器四（B〇、超声传感器五(PJ，其中超声传感器一(B〇、超声传感器二(B2)固 定设置在风洞内壁上，另外一只超声传感器三(S)为移动端设置在风