高频响、多功能、三维速度及总压测试方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术一种高频响、多功能、三维速度及总压测试方法和装置，涉及叶轮机械气动测试技术领域，将数据处理措施固化到硬件中去，实现测试数据的在线分析，使用通用串行总线数据储存盘存取数据。本发明专利技术的测试装置和方法中：１）采用了数据处理的软件固化技术；２）采用了成熟的通用串行总线（ＵＳＢ）技术，实现了海量测试数据储存的微型化和简便化；技术成熟，简便，测试准确，装置小型化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及叶轮机械气动测试
，是一种高频响、多功能、三维速度及总压测试方法和装置。
技术介绍
目前，在航空发动机及地面燃气轮机科研和现场性能测试技术实现方面，压气机及透平通流部分的气体流动的三维速度和总压的动态高频测试技术一直是国际上叶轮机械气动测试的研究热点。1)在实验验证中，通流部分三维速度分布规律的非定常信号的获取，对于准确判断叶型全三维设计的效果和气动优化的性能指标起关键作用，同时对判断压气机动叶进口攻角沿径向分布的特征，从而对确定压气机出现流动失稳有指导性作用；2)在透平叶片设计方面，由于三维速度测量能基本上确定沿径向的马赫数分布规律，并且对于界定喷嘴和动叶速度匹配的关联性有实际效果，从而能准确判断透平的通过能力；3)总压测量是准确判断压气机及透平的流动损失的重要依据，对于准确评价压气机和透平的气动性能有直接帮助。国际上，下列研究机构对高频响、三维速度测试探针技术的发展作出实质性贡献1)Department of Engineering Science，University of Oxford，United Kingdom；2)School of Mechanical Engineering，Cranfield University，United Kingdom；3)Turbomachinery Laboratory，ETH Swiss Federal Instituteof Technology，Switzerland；4)NASA Lewis Research Center，Cleveland，USA；5)Center for Gas Turbines and Power，The Pennsylvania State University，USA；6)Gas Turbine Laboratory，Massachusetts Institute of Technology，USA。总结一下他们的贡献主要体现在1)三维探针的空间尺度已经达到了毫米级量级；2)测试探针的动态频响达到了60KHz；3)三维速度标定的范围已经能达到跨音的量级，也就是马赫数临近1；4)探针沿径向的步长为1毫米/秒，精度为千分之五；5)实现了数据分析的离线化处理。我国北京航空航天大学航空发动机重点实验室的蒋浩康教授的水平也在上述部分指标和要求上达到了相同量级的水平。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种高频响、多功能、三维速度及总压测试方法和装置，可将数据动态测量、数据分析、传感器标定数据置换、零点漂移校正、不同分析数据储藏等功能集成为一体，并实现微型化，这类新型动态测试探针是国内外尚未出现的。为达到上述目的，本专利技术的技术解决方案是提供一种高频响、多功能、三维速度及总压测试方法，实现测试数据的在线分析；其步骤是a)将数据处理措施固化到硬件中去这些数据处理方法和措施必须先采用C++数据处理方法的软件编程，然后进行二进制汇编语言的转置处理，再将这种功能固化到三个动态数据处理芯片中去；b)通过三支高频响压力微型传感器，将叶片通道内的气体流动过程中的总压、和两个对称方向的静压，依据气体动力学中有关总压、静压、速度、和当地音速的方程，计算出三维速度和来流总压，并将这些参数的标定值固化到数模转换芯片中；c)三个高频响可变增益放大器分别将三支高频响压力微型传感器的豪伏级信号进行放大，使其在3-6伏的直流电压范围内，完成信号放大的功能；d)放大的信号再通过数模转换芯片将信号转变成二进值信号，为下面数据流程硬件化的处理提供条件；e)二进值信号通过高速数据处理芯片处理，为后续的数据分析奠定数据获取的基础；再通过时钟记忆和设定芯片，设定数据采集的时间，完成数据测量和处理过程中时序安排与叶片通道径向空间坐标的对应关联性，使测量结果能准确反映传感器测量的时间和空间；f)三个动态数据处理芯片是概率/统计分析、信号自相关和互相关分析、信号功率谱分析、信号小波分析、及信号高通滤波和低通滤波处理的载体，三路测试信号在这三个动态数据处理芯片中完成数据在线处理工作；g)数据输出模块和数据储存盘，将这些海量分析数据储存下来，以备使用。所述的方法，其所述a)步中，这些数据处理方法和措施，是数据动态测量、数据分析、传感器标定数据置换、零点漂移校正、不同分析数据储藏功能，并将其集成为一体，实现微型化，固化到三个动态数据处理芯片中去。所述的方法，其所述b)步中，两个对称方向，为与来流轴向的夹角为43度的两个对称方向。一种所述的方法使用的装置，包括高频响压力微型传感器、高频响可变增益放大器、数模转换芯片，数据处理芯片、时钟记忆和设定芯片、动态数据处理芯片、电源、数据输出模块、数据储存盘和固化的数据处理软件；其特征在于，至少三个高频响压力微型传感器的输出端分别与至少三个高频响可变增益放大器的输入端电连接；高频响可变增益放大器的输出端与数模转换芯片的输入端电连接；数模转换芯片、高速数据处理芯片、时钟记忆和设定芯片、至少三个动态数据处理芯片和数据输出模块顺序连接；数据输出模块和通用串行总线数据储存盘可拆卸式连接，数据输出模块和通用串行总线数据储存盘共同构成数据储存的能力，并实现将这些海量分析数据储存到计算机的功能；在时钟记忆和设定芯片与第一动态数据处理芯片之间，电连接有直流电源。所述的装置，其所述高频响压力微型传感器，为KULITE高频响压力微型传感器，动态频响为10-120KHz；数模转换芯片，为16位数模转换芯片；高速数据处理芯片，同步至少完成三个传感器通道的数据储存，数据储存能接受的动态信号的频率最高值为150KHz。所述的装置，其所述直流电源，包括直流激励电源模块和万分之五的直流电源，两部件并联串接于电路中。本专利技术是在交叉学科快速发展的基础上提出的，与目前三维速度及总压测试方法和装置的不同之处表现在1)数据处理的软件固化技术；因为动态数据分析与处理涉及到概率/统计分析、信号自相关和互相关分析、信号功率谱分析、信号小波分析、及信号高通滤波和低通滤波处理等，这些数学分析方法和措施目前在计算机数据处理与分析方面已相当成熟了，采用C++语言编制的软件版本已能在一些组态软件结构中直接调用，现在的数据处理技术已经发展到可以采用C++编制的软件，通过二进制汇编语言的转置处理，采用动态数据处理(DSP)技术，将这些数据处理措施固化到硬件中去；本专利技术将采用这一技术，实现测试数据的在线分析；2)众所周知，现代计算机数据储存技术由于通用串行总线(USB)技术的快速发展，已实现了海量数据储存的微型化和简便化，而航空发动机和地面重型燃气轮机总压和三维速度高频响测量过程动态数据的储存方式一直是通过计算机—动态传感器—数据采集的方式来进行，本专利技术将现代计算机通用串行总线(USB)储存技术结合到高频响测试技术中去，取代传统概念下的计算机数据储存的方式；3)近年来，本申请人一直在从事航空发动机和地面重型的研究和开发工作，深切感受到现场测试数据测量、储存、和处理的缺陷，本专利技术的特点是将数据动态测量、数据分析、传感器标定数据置换、零点漂移校正、不同分析数据储藏等功能集成为一体，并实现微型化。附图说明图1为高频响、多功能、三维速度及总压测试方法和装置示意框图。具体实施例方式图1是高频响、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高频响、多功能、三维速度及总压测试方法，是实现测试数据的在线分析；其特征在于，步骤是：ａ）将数据处理措施固化到硬件中去：这些数据处理方法和措施必须先采用Ｃ＋＋数据处理方法的软件编程，然后进行二进制汇编语言的转置处理，再将这种功能 固化到三个动态数据处理芯片中去；ｂ）通过三支高频响压力微型传感器，将叶片通道内的气体流动过程中的总压、和两个对称方向的静压，依据气体动力学中有关总压、静压、速度、和当地音速的方程，计算出三维速度和来流总压，并将这些参数的标定值固化到 １６位数模转换芯片中；ｃ）三个高频响可变增益放大器分别将三支高频响压力微型传感器的豪伏级信号进行放大，使其在３－６伏的直流电压范围内，完成信号放大的功能；ｄ）放大的信号再通过１６位数模转换芯片将信号转变成二进值信号，为下面数 据流程硬件化的处理提供条件；ｅ）二进值信号通过高速数据处理芯片处理，为后续的数据分析奠定数据获取的基础；再通过时钟记忆和设定芯片，设定数据采集的时间，完成数据测量和处理过程中时序安排与叶片通道径向空间坐标的对应关联性，使测量结果能准 确反映传感器测量的时间和空间；ｆ）三个动态数据处理芯片是概率／统计分析、信号自相关和互相关分析、信号功率谱分析、信号小波分析、及信号高通滤波和低通滤波处理的载体，三路测试信号在这三个动态数据处理芯片中完成数据在线处理工作；ｇ ）数据输出模块和数据储存盘，将这些海量分析数据储存下来，以备使用。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：聂超群，龚建波，朱俊强，肖云汉，黄伟光，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]