[发明专利]一种适用于高速流场测量的热线风速仪

权利要求书

1.一种适用于高速流场测量的热线风速仪，该风速仪包括：传感器综合测架(1-0)、可编程逻辑控制智能热线风速仪(2-0)、传感器信号线(3-0)，传感器信号线(3-0)连通传感器综合测架(1-0)和可编程逻辑控制智能热线风速仪(2-0)；

所述传感器综合测架(1-0)由热线探头(1-1)、加速度传感器(1-2)、脉动压力传感器(1-3)和安装架组成，热线探头(1-1)、加速度传感器(1-2)、脉动压力传感器(1-3)设置于安装架上；

所述可编程逻辑控制智能热线风速仪(2-0)由加速度传感器信号调理采集模块(2-1)、热线信号调理采集模块(2-2)、可编程逻辑控制器(2-3)、脉动压力传感器信号调理采集模块(2-4)、基于锂电池的信号激励和供电模块(2-5)、数据存储模块(2-6)、通讯和扩展控制模块(2-7)、通讯和扩展接口(2-8)、传感器输入信号接口(2-9)组成；所述传感器输入信号接口(2-9)包括三个，分别连接加速度传感器信号调理采集模块(2-1)、热线信号调理采集模块(2-2)、脉动压力传感器信号调理采集模块(2-4)的信号输入端；所述加速度传感器信号调理采集模块(2-1)、热线信号调理采集模块(2-2)、脉动压力传感器信号调理采集模块(2-4)的信号输出端连接可编程逻辑控制器(2-3)；所述可编程逻辑控制器(2-3)通过数据线连接数据存储模块(2-6)和通讯和扩展控制模块(2-7)，并由基于锂电池的信号激励和供电模块(2-5)供电；所述通讯和扩展控制模块(2-7)连接通讯和扩展接口(2-8)。

2.如权利要求1所述的一种适用于高速流场测量的热线风速仪，其特征在于，可编程逻辑控制器(2-3)通过测量加速度传感器信号调理采集模块(2-1)和脉动压力传感器信号调理采集模块(2-4)的输出信号，加入热线信号调理采集模块(2-2)的数据运算中，提高风速和湍流度的测量精度，计算风速和湍流度的方法为：

步骤1：对加速度传感器信号调理采集模块(2-1)输出信号进行频谱分析，获得传感器综合测架(1-0)的振动频率；

步骤2：根据传感器综合测架(1-0)的振动频率对热线信号调理采集模块(2-2)输出信号采用去相关算法处理，降低高速流场引起传感器综合测架(1-0)振动的干扰信号；

步骤3：可编程逻辑控制器(2-3)从脉动压力传感器信号调理采集模块(2-4)采集到热线探头附近的流场静压脉动信号，用于对热线信号调理采集模块(2-2)输出信号进行修正，以提高测速精度，风速计算公式为：

式中E是热线输出电压信号；R是流场气体常数；T是流场静温；k是热线对流场流量的灵敏度系数；P是脉动压力传感器信号调理采集模块(2-4)测量的热线探头附近流场静压值；

步骤4：可编程逻辑控制器(2-3)通过测量流场流量脉动值、静压和温度变化计算流场湍流度Q，公式为：

式中：u是流场速度，ρ是流场密度，P是流场静压，T₀′是流场总温脉动均方根偏差，是流场总温脉动均值，是流场总温脉动值，是流场质量流脉动值，是流场质量流与总温的相关系数，γ是气体比热比，M是流场马赫数。

3.如权利要求1所述的一种适用于高速流场测量的热线风速仪，其特征在于，所述传感器综合测架(1-0)中，热线探头(1-1)设置于安装架的中部，加速度传感器(1-2)和脉动压力传感器(1-3)分别设置于热线探头(1-1)的两侧。