五孔探針測試系統(tǒng)

一、總體方案

超音速流場參數(shù)測試系統(tǒng)由上位機(jī)（計(jì)算機(jī)），信號(hào)采集系統(tǒng)和測試部分三大部分組成。（如圖1-1所示）。實(shí)驗(yàn)過程中，通過總壓探針、總溫探針和五孔探針感知流場壓力溫度信號(hào)，由信號(hào)采集系統(tǒng)將超音速的物理信號(hào)化為數(shù)字信號(hào)傳入上位機(jī)，經(jīng)過五孔探針插值算法，獲得測點(diǎn)位置的總壓、總溫、靜壓及速度大小和方向。完成一個(gè)點(diǎn)的流場測量后，上位機(jī)通過信號(hào)采集系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)控制器控制位移機(jī)構(gòu)移動(dòng)至下一測量位置繼續(xù)測試，直至完成整個(gè)流場測試。測試的位置和軌跡可以通過布點(diǎn)文件詳細(xì)控制，在需要加密的區(qū)域可以進(jìn)行局部加密。

二、五孔探針測試系統(tǒng)組成和性能分析

1、16位高分辨率

    本系統(tǒng)采用的采集平臺(tái)具有16位高分辨率，保證了所采數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2、采集時(shí)鐘可調(diào)

     測試系統(tǒng)所測得的數(shù)據(jù)每隔1秒鐘更新一次，間隔時(shí)間可調(diào)，最小間隔10ms。

3、16路差分單端模擬量輸入方式

   差分單端模擬量輸入信號(hào)可以有效抑制共模干擾信號(hào)，提高采集精度。

4、五孔氣動(dòng)探針

本系統(tǒng)測試探針采用五孔氣動(dòng)探針，可允許測量的最大角度為±30°，測量馬赫數(shù)范圍為0-60m/s，壓力測試范圍為±2.5KPa。

5、 位移機(jī)構(gòu)

200*200+φ100mm三軸位移系統(tǒng)，位移臺(tái)精度0.01mm，旋轉(zhuǎn)臺(tái)精度0.01°，夾持部分配隔熱材料。

6、 截面測試軟件

本系統(tǒng)結(jié)合VB可視化編程方法，嵌入五孔探針插值算法，實(shí)現(xiàn)對葉柵流道二維截面氣動(dòng)參數(shù)的快速、準(zhǔn)確測量。該軟件操作界面友好，交互性強(qiáng)，具有很好的應(yīng)用拓展功能，本系統(tǒng)采用TCP/IP信號(hào)傳輸，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無線傳輸，避免了物理信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，提高了傳感器的響應(yīng)速度。

三、系統(tǒng)配置內(nèi)容

   1、配置清單

（1）                      壓力掃描閥

壓力掃描閥如下圖所示。前面板用于采集信號(hào)的輸入，通道1~16為壓力物理信號(hào)的輸入（部分掃描閥通道1為大氣壓力傳感器，通道2不可連接軟管）。航插頭為供電以及通訊線。

（2）                      位移機(jī)構(gòu)

位移機(jī)構(gòu)主要用于驅(qū)動(dòng)探針的行走，以便實(shí)現(xiàn)五孔探針的流場測試過程。本系統(tǒng)選用4軸位移平臺(tái)（3軸平動(dòng)+1軸轉(zhuǎn)動(dòng)）來實(shí)現(xiàn)探針的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)提供四軸運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。如圖3-3所示。

（3）                      五孔探針

五孔探針直接與流場接觸，通過感受壓力信號(hào)并與校準(zhǔn)文件結(jié)合得到測試點(diǎn)的流場壓力和速度信息。五孔探針結(jié)構(gòu)如下，

五孔探針
（尺寸定制）	組成	探桿、探頭和導(dǎo)壓管
	孔序定義

（4）                      實(shí)驗(yàn)測試與后處理軟件

（a）壓力采集

    測試軟件壓力測量主界面如圖3-4-1所示。在軟件中可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測測試過程中相關(guān)參數(shù)的數(shù)值變化情況。相關(guān)參數(shù)包括：

（b）運(yùn)動(dòng)控制

電機(jī)調(diào)試：單擊“電機(jī)調(diào)試"中的，會(huì)出現(xiàn)電機(jī)調(diào)試面板，程序操作人員可根據(jù)需要進(jìn)行坐標(biāo)架位置調(diào)整，調(diào)試完成后，單擊，可隱藏調(diào)試界面。在電機(jī)調(diào)試之前，需要對X、Z及R軸運(yùn)行方式進(jìn)行“參數(shù)設(shè)置"，各軸設(shè)置細(xì)節(jié)如圖3-5所示。

a.       “SET"中只需改變螺距和速度參數(shù)，其余參數(shù)與坐標(biāo)架本身有關(guān)。螺距是指螺紋上相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。速度表征坐標(biāo)架移動(dòng)快慢。

b.       “RUN"中，給定運(yùn)行是指固定每一步的行進(jìn)距離，并通過“增加"、“減少"命令按鈕控制行進(jìn)方向；連續(xù)運(yùn)行是指坐標(biāo)架持續(xù)運(yùn)行到限位開關(guān)位置，“正轉(zhuǎn)"、“反轉(zhuǎn)"控制運(yùn)行方向；目標(biāo)運(yùn)行是指運(yùn)行至某一坐標(biāo)位置。

c.       顯示當(dāng)前坐標(biāo)位置，按鈕是指將當(dāng)前坐標(biāo)修正為0。

d.       灰色按鈕表示當(dāng)前正在設(shè)置的運(yùn)動(dòng)軸。

*注意線性測試時(shí)，只能選擇X軸控制?。?！

e.       所有軸設(shè)置完畢，點(diǎn)擊退出電機(jī)調(diào)試界面。

C.       數(shù)據(jù)處理

在確認(rèn)完成必要步驟后，單擊，系統(tǒng)自動(dòng)彈出如圖3-6所示的對話框，設(shè)置測試結(jié)果文件（默認(rèn)為“.dat"）的保存路徑和文件名稱。點(diǎn)擊“保存"后，系統(tǒng)隨后彈出如圖3-7所示對話框，此功能為記錄每一測試點(diǎn)時(shí)所有通道的數(shù)據(jù)（默認(rèn)為“.dat"）。點(diǎn)擊“保存"確認(rèn)后測試開始，坐標(biāo)架在程序控制下按照布點(diǎn)文件移動(dòng)，并可在程序主界面實(shí)時(shí)觀測測試情況，如圖3-8所示（以矩形測試截面為例）。圖3-8為測量截面各布點(diǎn)處速度和損失情況，布點(diǎn)的顏色代表流動(dòng)損失的大小，顏色偏向紅色的區(qū)域的損失較大，布點(diǎn)處的短線為速度矢量，代表流體在截面上流動(dòng)速度的大小和方向，具體數(shù)據(jù)見保存的“xxx.dat"文件。同時(shí)，“探針數(shù)據(jù)"中五孔探針示意圖中也會(huì)動(dòng)態(tài)顯示測試結(jié)果，顏色由藍(lán)向紅代表了壓力的由小變大，矢量線段代表了相對五孔探針的風(fēng)速和風(fēng)向，如圖3-9所示。測試結(jié)束后會(huì)彈出如圖3-10所示對話框，點(diǎn)擊“確定"結(jié)束測試。

四、注意事項(xiàng)

1、       請檢查包轉(zhuǎn)是否完好，并核對機(jī)箱內(nèi)傳感器數(shù)量與類型是否與您選購的產(chǎn)品相符

2、       確認(rèn)供電電壓是否正確

3、       測試系統(tǒng)接電時(shí)，應(yīng)按照先機(jī)箱后電源板的順序接入

4、       避免安裝在油污、有灰塵環(huán)境，以免損毀產(chǎn)品

5、       禁止不按照設(shè)計(jì)要求測量介質(zhì)

6、       禁止超量程使用

7、       用戶在使用時(shí)請不要自行拆卸，以免損壞產(chǎn)品

8、       機(jī)箱內(nèi)均為精密儀器，使用時(shí)需遠(yuǎn)離高電壓，電磁干擾嚴(yán)重的地方

9、       嚴(yán)禁操作人員暴力插拔探針與測試系統(tǒng)之間的PU氣管，這將會(huì)導(dǎo)致傳感器壓力薄膜破損。

10、       多孔氣動(dòng)探針為易損件，每次測試結(jié)束后請將多孔氣動(dòng)探針放置于清潔無塵環(huán)境中，以免灰塵堵塞探針頭部。

11、       如有維修更換，請?jiān)诩幕厍皠?wù)必把機(jī)箱的雜物清理干凈，特別是對人身健康有害的物質(zhì)，如腐蝕性，有毒的，致癌的或有輻射性的物質(zhì)