一种用于流体力学试验中粒子图像测速仪测量旋转部件的同步装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提出了一种用于流体力学试验中粒子图像测速仪测量旋转部件的同步装置，包括旋转部件输出信号装置、信号转换装置、粒子图像测速仪和同步控制系统；通过旋转部件输出信号装置获得脉冲信号，由于旋转部件转速高，可以达到2000r/min以上，而粒子图像测速仪的采集频率通常在20Hz以内，通过信号转换装置对脉冲信号进行计数，转换得到脉冲触发信号，触发同步器实现激光器和CCD相机同步工作。由于高速旋转部件在很小的时间尺度内仍有较大的空间位移，而电子设备具有一定的响应时间，所以为了精确捕获旋转部件的特定状态，需要考虑系统延迟，本实用新型专利技术在测量系统延迟后，对系统延迟进行补偿，从而能够在很小的尺度内精确同步所有设备在旋转部件的某一要求的特定状态同时工作。

A Synchronization Device for Measuring Rotating Parts with Particle Image Velocimeter in Fluid Dynamics Test

The utility model proposes a synchronization device for measuring rotating parts by particle image velocimeter in hydrodynamic experiments, which includes output signal device of rotating parts, signal conversion device, particle image velocimeter and synchronization control system. Pulse signals are obtained by output signal device of rotating parts, and the rotating parts can reach more than 2000 r/min because of their high rotating speed, while the particle diagram. The acquisition frequency of the image velocimeter is usually less than 20Hz. The pulse signal is counted by the signal conversion device, and the trigger signal is converted to the trigger signal. The trigger synchronizer realizes the synchronization of the laser and the CCD camera. Because the high-speed rotating parts still have large space displacement in a very small time scale, and the electronic equipment has a certain response time, in order to accurately capture the specific state of the rotating parts, it is necessary to consider the system delay. After the measurement system delay, the system delay is compensated by the utility model, so that all devices can accurately synchronize in the rotating part in a very small scale. A specific state of a piece required to work at the same time.

【技术实现步骤摘要】
一种用于流体力学试验中粒子图像测速仪测量旋转部件的同步装置
本技术涉及流体力学试验
，具体为一种用于流体力学试验中粒子图像测速仪测量旋转部件的同步装置。
技术介绍
流动测量技术一直以来都是流体力学的重要手段，在揭示湍流、复杂流动以及非定常流动中扮演着至关重要的角色。粒子图像测速仪(ParticleImageVelocimetry)是20世纪80年代发展而来的一种融合了现代计算机技术、光学技术以及图像分析技术的一种流动测量方法，使得流动可视化研究发展从定性到定量的飞跃。在流体力学试验中，旋转部件的外流场研究，诸如直升机旋翼外流场研究是流体力学试验的难点，而旋翼绕流以及空气动力学性能又在很大程度上决定了直升机的飞行性能、飞行品质、噪声辐射和振动特性，所以在旋翼流体力学试验中精确获得给定状态的流场对旋翼设计非常重要。由于旋翼转速高且转速会存在一定的波动，如何采用粒子图像测速仪获得旋转部件旋转到某一特定位置其流场随时间的演化规律，关键难点在于如何精确的得到要求的特定位置，并在特定位置实现同步，即在旋转到特定位置时，要求在此时发射激光，与此同时相机进行拍摄。
技术实现思路
为了在流体力学试验中，同步拍摄旋转部件在高速旋转过程中某一特定状态的流场，本技术提出了一种用于流体力学试验中粒子图像测速仪测量旋转部件的同步装置。本技术的技术方案为：所述一种用于流体力学试验中粒子图像测速仪测量旋转部件的同步装置，其特征在于：包括旋转部件输出信号装置、信号转换装置、粒子图像测速仪和同步控制系统；所述旋转部件输出信号装置包括电机支座、伺服电机、空心轴、旋转部件转轴；伺服电机固定在电机支座内，旋转部件转轴连接在伺服电机上；空心轴套在旋转部件转轴外侧，并固定在电机支座上，旋转部件转轴与空心轴之间通过轴承同轴配合；伺服电机能够通过旋转部件转轴带动旋转部件按照流体力学试验要求进行转动；所述旋转部件转轴侧壁上固定安装有磁铁，所述空心轴侧壁上安装有霍尔传感器，且霍尔传感器与磁铁处于同一高度，当磁铁朝向霍尔传感器时，能够触发霍尔传感器产生脉冲信号；所述信号转换装置包括单片机；霍尔传感器产生脉冲信号输入单片机，单片机能够对输入的脉冲信号进行计数，并在达到设定脉冲数后，产生同步触发信号；所述同步控制系统包括计算机和同步器；信号转换装置产生的同步触发信号输入同步器；同步器与计算机以及粒子图像测速仪的激光器和CCD相机相连；计算机能够设置粒子图像测速仪的工作模式并采集CCD相机的图像数据；同步器能够控制激光器和CCD相机同步工作。进一步的优选方案，所述一种用于流体力学试验中粒子图像测速仪测量旋转部件的同步装置，其特征在于：所述空心轴下端通过带有角度刻度的卡盘安装在电机支座上；所述空心轴能够根据卡盘上标注的角度刻度调整自身安装角度后与电机支座固定连接。进一步的优选方案，所述一种用于流体力学试验中粒子图像测速仪测量旋转部件的同步装置，其特征在于：所述单片机具有计时器；所述单片机能够对从磁铁触发霍尔传感器至同步器控制激光器和CCD相机同步工作之间的系统延迟进行补偿。进一步的优选方案，所述一种用于流体力学试验中粒子图像测速仪测量旋转部件的同步装置，其特征在于：所述信号转换装置还包括LED显示器和按键；LED显示器和按键均与单片机连接，LED显示器能够显示设定脉冲数和设定延迟补偿时间，通过按键能够调整设定脉冲数和设定延迟补偿时间。有益效果本技术提出了一种用于流体力学试验中粒子图像测速仪测量旋转部件的同步装置，通过旋转部件输出信号装置获得脉冲信号，由于旋转部件转速高，可以达到2000r/min以上，而粒子图像测速仪的采集频率通常在20Hz以内，所以本技术通过信号转换装置再对脉冲信号进行统计计数，转换得到脉冲触发信号，触发同步器实现粒子图像测速仪中的激光器和CCD相机同步工作。进一步的，由于高速旋转部件在很小的时间尺度内仍有较大的空间位移，而所有电子设备自身又具有一定的响应时间，所以为了精确捕获旋转部件的特定状态，需要考虑系统延迟，本技术在测量系统延迟后，提出了两种方式对系统延迟进行补偿，从而能够在很小的尺度内精确同步所有设备在旋转部件的某一要求的特定状态同时工作。一种方式是调整旋转部件输出信号装置，直接在旋转部件旋转到特定状态之前输出脉冲信号，从而对系统延迟进行补偿；另一种方式是在信号转换装置中进行补偿，在达到计数脉冲数之前，提前一定时间发出脉冲触发信号，从而对系统延迟进行补偿。本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。附图说明本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1：旋转部件信号输出装置示意图；其中：1.电机支座；2.伺服电机；3.第一轴承；4.空心轴；5.旋转部件转轴；6.第二轴承；7.磁铁；8.霍尔传感器；9.信号输出端；图2：信号转换装置原理图；其中：10.信号输入端，连接旋转部件信号输出装置信号输出端9；11.供电电源5V；12.电阻；13.单片机芯片；14.信号输出端；15.LED显示器；16.按键+；17.按键-；18.按键左移；19.按键右移；20.按键确认；图3：信号与PIV同步示意图；其中：21.计算机；22.同步信号输入端；23.同步器；24.激光器；25.实验段；26.CCD相机。具体实施方式下面详细描述本技术的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。为了同步拍摄旋转部件在高速旋转过程中某截面的流场，本技术提出了一种用于流体力学试验中粒子图像测速仪测量旋转部件的同步装置。所述一种用于流体力学试验中粒子图像测速仪测量旋转部件的同步装置，包括旋转部件输出信号装置、信号转换装置、粒子图像测速仪和同步控制系统。首先为了实现流场测量与旋转部件同步，需要从旋转部件输出信号。如图1所示所述旋转部件输出信号装置包括电机支座、伺服电机、空心轴、旋转部件转轴；伺服电机固定在电机支座内，旋转部件转轴连接在伺服电机上；空心轴套在旋转部件转轴外侧，并固定在电机支座上，旋转部件转轴与空心轴之间通过轴承同轴配合；伺服电机能够通过旋转部件转轴带动旋转部件按照流体力学试验要求进行转动；所述旋转部件转轴侧壁上固定安装有磁铁，所述空心轴侧壁上安装有霍尔传感器，且霍尔传感器与磁铁处于同一高度，磁铁与霍尔传感器之间距离为10-15mm。当伺服电机在编码器驱动下，带动旋转部件转轴高速转动时，每当磁铁旋转到霍尔传感器所在相位时，霍尔传感器输出一个脉冲信号。由于旋转部件转速高，可以达到达到2000r/min以上，而粒子图像测速仪的采集频率通常在20Hz以内，所以本技术通过信号转换装置再对脉冲信号进行统计计数，转换得到脉冲触发信号。所述信号转换装置包括单片机；霍尔传感器产生脉冲信号输入单片机，单片机能够对输入的脉冲信号进行计数，并在达到设定脉冲数后，产生同步触发信号。如图3所示，所述同步控制系统包括计算机和同步器；信号转换装置产生的同步触发信号输入同步器；同步器与计算机以及粒子图像测速仪的激光器和CCD相机相连；计算机能够设置粒子图像测速仪的工作模式并采集CC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于流体力学试验中粒子图像测速仪测量旋转部件的同步装置，其特征在于：包括旋转部件输出信号装置、信号转换装置、粒子图像测速仪和同步控制系统；所述旋转部件输出信号装置包括电机支座、伺服电机、空心轴、旋转部件转轴；伺服电机固定在电机支座内，旋转部件转轴连接在伺服电机上；空心轴套在旋转部件转轴外侧，并固定在电机支座上，旋转部件转轴与空心轴之间通过轴承同轴配合；伺服电机能够通过旋转部件转轴带动旋转部件按照流体力学试验要求进行转动；所述旋转部件转轴侧壁上固定安装有磁铁，所述空心轴侧壁上安装有霍尔传感器，且霍尔传感器与磁铁处于同一高度，当磁铁朝向霍尔传感器时，能够触发霍尔传感器产生脉冲信号；所述信号转换装置包括单片机；霍尔传感器产生脉冲信号输入单片机，单片机能够对输入的脉冲信号进行计数，并在达到设定脉冲数后，产生同步触发信号；所述同步控制系统包括计算机和同步器；信号转换装置产生的同步触发信号输入同步器；同步器与计算机以及粒子图像测速仪的激光器和CCD相机相连；计算机能够设置粒子图像测速仪的工作模式并采集CCD相机的图像数据；同步器能够控制激光器和CCD相机同步工作。

【技术特征摘要】
1.一种用于流体力学试验中粒子图像测速仪测量旋转部件的同步装置，其特征在于：包括旋转部件输出信号装置、信号转换装置、粒子图像测速仪和同步控制系统；所述旋转部件输出信号装置包括电机支座、伺服电机、空心轴、旋转部件转轴；伺服电机固定在电机支座内，旋转部件转轴连接在伺服电机上；空心轴套在旋转部件转轴外侧，并固定在电机支座上，旋转部件转轴与空心轴之间通过轴承同轴配合；伺服电机能够通过旋转部件转轴带动旋转部件按照流体力学试验要求进行转动；所述旋转部件转轴侧壁上固定安装有磁铁，所述空心轴侧壁上安装有霍尔传感器，且霍尔传感器与磁铁处于同一高度，当磁铁朝向霍尔传感器时，能够触发霍尔传感器产生脉冲信号；所述信号转换装置包括单片机；霍尔传感器产生脉冲信号输入单片机，单片机能够对输入的脉冲信号进行计数，并在达到设定脉冲数后，产生同步触发信号；所述同步控制系统包括计算机和同步器；信号转换装置产生的同步触发信号输入同步器；同步器与计算机以及粒子图像测速...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛明，高超，胡旭，刘国元，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61