[实用新型]风洞试验无线测压装置

说明书

一技术领域

本实用新型将无线数据传输技术以及32位ARM嵌入式系统与风洞试验相结合，用于风洞试验中的模型表面压力分布的无线测量的装置。

二背景技术

风洞试验目前仍然是获取飞行器表面压力分布、船舶表面压力分布、建筑物风载、桥梁风载最直接、最重要的手段。风洞试验中模型表面压力分布的测量，目前主要应用的是有线测压管测压方式。这种测压方式在测量时，通用测压管和模型表面测压孔相连，将压力引至风洞外部，再利用压力传感器感受压力，输出电信号，完成测量。这种测压方式存在一定的不足之处：a)测压设备的存在会影响风洞中的实际流场，影响测量结果；b)测压管较长，测量存在一定程度的滞后效应，在测量动态压力时误差较大；c)不便对运动模型表面的压力分布进行测量；d)装置体积大，应用不方便。

三实用新型内容

本实用新型的发明目的在于提供一种有效消除测压设备对风洞中流场的干扰影响，提高测量精度，并能够实现对运动模型表面压力分布的风洞试验无线测压装置。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种风洞试验无线测压装置，由下位机通过无线数据传输模块与上位机连接组成，该下位机和无线数据传输模块均设置在试验模型内部，该下位机包括传感器、信号调理电路以及控制单元，该传感器通过测压管与模型表面的测压孔相连，根据模型表面的压力分布输出相应的电压信号，信号依次经过信号调理电路处理和通过控制单元的A/D模块进行A/D转换后，再通过装设在模型内部的无线数据传输模块将测量数据传送至上位机，完成测量。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点：(1)采用模块化设计，组成简单、易于扩展、便于携带、应用灵活、适用范围广，除了可以应用于风洞试验中模型表面压力分布的测量，还可以应用于其它使用场合的无线测量，如对温度、湿度等物理参数进行测量；(2)测压设备全部装设在试验模型内部，消除了对风洞中流场的干扰影响，提高了测量精度；(3)使用的测压管较短，基本消除了压力测试中的滞后效应，提高了系统测量动态压力时的测量精度；(4)能够实现对运动模型表面压力分布的测量；(5)采用32位ARM嵌入式系统，提高了测量节点的数据处理速度。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

四附图说明

附图是本实用新型风洞试验无线测压装置的结构框图。

五具体实施方式

本发明风洞试验无线测压装置，由下位机(即测量节点)通过无线数据传输模块与上位机连接组成，该下位机和无线数据传输模块均设置在试验模型内部，该下位机包括传感器、信号调理电路以及控制单元，该传感器通过测压管与模型表面的测压孔相连，根据模型表面的压力分布输出相应的电压信号，信号依次经过信号调理电路处理和通过控制单元的A/D模块进行A/D转换后，再通过装设在模型内部的无线数据传输模块将测量数据传送至上位机，完成测量；该控制单元负责控制下位机的运行、对信号进行A/D转换、存储转换结果并控制无线数据传输模块将测量数据传输至上位机。信号调理电路根据传感器的类型进行调整，一般而言，包括差分放大电路和滤波电路两部分。采用32位ARM7嵌入式系统作为测量节点的控制单元，具体的芯片型号为LPC2131，选用32位ARM7嵌入式系统，是因为ARM处理器体积小、功耗低、成本低而性能高。控制单元负责控制测量节点的运行、对信号进行A/D转换、存储转换结果并控制无线数据传输模块将测量数据传输至上位机等。

下面结合附图详细说明依据本实用新型提出的具体装置的细节及工作情况。以使用装置为对低速风洞试验中的翼型表面的压力分布进行测量为例。试验翼型为NACA0025，翼型表面共设置了16个测压孔。

装置由测量节点(下位机)、无线数据传输模块以及上位机组成。为了消除测压设备对风洞中流场的干扰影响，测量节点以及测量节点侧的无线数据传输模块均装设在翼型内部。

测量节点由16个微压力传感器、信号调理电路以及控制单元组成，其中，信号调理电路包括差分放大电路和RC无源低通滤波电路两部分。装置选用32位ARM7嵌入式系统作为测量节点的控制单元，具体的芯片型号为LPC2131，选用32位ARM7嵌入式系统，是因为ARM处理器体积小、功耗低、成本低而性能高。选用微压力传感器，是因为低速风洞中翼型表面压力较小，使用量程小的微压力传感器有助于提高测量精度。如附图所示，16个微压力传感器通过测压管和翼型表面的16个测压孔相连，根据翼型表面的压力变化输出相应的电压信号。由于微压力传感器输出的电压信号为差分信号，存在共模电压，为了提高放大精度，需要采用差分放大电路对传感器的输出信号进行放大，本装置中的差分放大电路以集成仪表放大器AD623为核心构成。考虑到本装置中的干扰信号较少，RC无源低通滤波电路已经可以满足本装置的滤波要求。由于装置中的ARM嵌入式系统内置的A/D模块只有8个A/D转换通道，而传感器的数量多于8个，因此需要对传感器输出的16路信号进行选择，每次选择其中的部分信号进行A/D转换。这一功能是由装置的控制单元ARM7芯片LPC2131和多路开关MAX399配合实现的。两片多路开关MAX399接收16个传感器的输出信号，根据LPC2131输出的控制信号，每次选择其中的4路进行A/D转换。只要使控制信号形成00、01、10、11的循环，便可以循环选择所有的信号实现A/D转换。A/D转换得到的数字信号再通过无线数据传输模块传送至上位机，完成测量。