[发明专利]一种低速风洞内的超声精确测距系统

说明书

技术领域

本发明涉及低速风洞试验领域，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

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。

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

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，避免低速风洞内气流速度、密度、温度、压力和湿度等对超声测距的影响。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种低速风洞内的超声精确测距系统，包括控制器和五只超声传感器(B₁、B₂、S、B_i、P_j)，其中两只超声传感器(B₁、B₂)固定设置在风洞内壁上，另外一只超声传感器(S)为移动端设置在风洞内，超声传感器(B_i、P_j)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；

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：

差距法，用于测得两只固定设置在风洞内壁上的超声传感器(B1、B2)之间的距离d，具体方法为：控制器采集超声波从超声传感器(S)发射到超声传感器(B₁)的接收时长为t₁，控制器采集超声波从超声传感器(B₁)发射到超声传感器(S)的接收时长为t₁′；移动超声传感器(S)距离d₂,然后由控制器采集超声波从超声传感器(S)发射超声波到超声传感器(B₁)的接收时长为t₂，制器采集超声波从超声传感器(B₁)发射到超声传感器(S)的接收时长为t₂′；控制器采集超声波从超声传感器(B₂)发射到超声传感器(B₁)的接收时长为t，控制器采集超声波从超声传感器(B₁)发射到超声传感器(B₂)的接收时长为t′；通过计算可得到：