專利名稱：一種具有普遍適應(yīng)性的七自由度流速測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多空間測量氣體、液體等流體的流速方法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，多自由度的流速測量傳感器及測量儀器有多譜勒超聲波流速儀、多 線熱線風(fēng)速儀、激光測速儀等，這些流速測量儀器特點1、主要作為標(biāo)準(zhǔn)測量 儀器用，價格昂貴；2、對使用人員有較高的要求，如多線熱線風(fēng)速儀要熱線傳 感器安裝的專用坐標(biāo)軸上，設(shè)計坐標(biāo)軸和調(diào)整坐標(biāo)軸需要很專業(yè)的人員；3、對 被測量對象有要求，如多譜勒超聲波流速儀不能測量純凈水的流速，激光測速儀 要求有示蹤粒子等；4、不能作為一般傳感器普遍使用，如與任意電路連接組成 廉價、容易使用的測量系統(tǒng)，嵌入到任意對象的測量系統(tǒng)中，等等。本發(fā)明提供 的七自由度流速測量方法可克服上述缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有技術(shù)測量流速存在的上述問題，提供一種具有 普遍適應(yīng)性的七自由度流速測量方法，用于多方位測量氣體、液體等流體的流 速信息。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的具體技術(shù)方案如下
一種具有普遍適應(yīng)性的七自由度流速測量方法，該方法是將六個.一維流速 傳感器安裝在一個流速傳感器基座上，然后各自連接一個測量信號處理模塊用于
把六個傳感器的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后用一個流速信號合成處理模塊，與六 個測量信號處理模塊連接，用于接收六個方向的流速信號，經(jīng)過合成算法計算后
得到流速的矢量信息，包含流速的方向、大小、時間參數(shù)，最終在LCD或LED 顯示器上顯示出流速信息。
上述的七自由度是指空間六個方位及1個時間尺度；六個一維流速傳感器， 安裝于傳感器基座內(nèi)不同的六個方位，用于測量六個方向的流速； 一個LCD或 LED顯示器，安裝于流速信號合成處理模塊，用于顯示流速信息。
傳感器基座的六個方向流速以空間3軸坐標(biāo)系為參考系，分別是—X軸方 向的、+(f)， -X軸方向的i(O， +丫軸方向的、+(0， -Y軸方向的v(O， +2軸方 向的^(0， -Z軸方向的v(O;六個一維的流速傳感器安裝在傳感器基座的六 個方向上，感知六個方位的流速信息。
一維流速傳感器可以是采用各種能量轉(zhuǎn)換原理生產(chǎn)的傳感器，如渦輪流量 傳感器，熱膜流量傳感器，熱線流量傳感器，超聲波流量傳感器，激光流量傳 感器等。
六個流速傳感器分別與六個測量信號處理模塊連接，每個傳感器測量信號 處理模塊帶有單片計算機(jī)和RS485通信接口 ，方便與帶有單片計算機(jī)和RS485 通信接口的流速信號合成處理模塊連接通信；同時，流速信號合成處理模塊帶 有同步通信電路，可命令六個傳感器同步測量，完成對流速信號的立體同步測 量。流速信號合成處理模塊還帶有流速信號合成處理算法，可以將六個方向流 速信號和一維時間信號合成為一個包含這些分量的流速矢量信號。
另一方面，流速信號合成處理模塊可移植到PC計算機(jī)或筆記本電腦，由 PC計算機(jī)完成或筆記本電腦完成流速信號的合成處理；PC計算機(jī)或筆記本電
腦上有專用軟件，可以完成如流速信號的圖形顯示、報表顯示、數(shù)據(jù)存盤、打
印等功能；PC計算機(jī)或筆記本電腦與傳感器信號處理模塊的連接通過RS485
接口板完成。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的具有普遍適應(yīng)性的七自由度流速測量方法，
是一種基于基本的流速測量傳感器，在空間結(jié)構(gòu)和時間尺度上進(jìn)行重構(gòu)，產(chǎn)生的 一種新的流速測量方法，具有一般傳感器不可替代的物理測量優(yōu)勢。與已有的多 維流速測量傳感器使用起來相比，具有價格低廉，可嵌入到任意對象，針對不同 對象，可選擇不同基本傳感器，適應(yīng)所有測量對象等優(yōu)點?？蓮V泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā) 電、氣象、汽車、航空器、空氣動力學(xué)、熱工測量、流體力學(xué)等領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明具有普遍適應(yīng)性的七自由度流速測量方法具體實施方式
時的 應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明具有普遍適應(yīng)性的七自由度流速測量方法具體應(yīng)用時的傳感
器信號處理模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明具有普遍適應(yīng)性的七自由度流速測量方法具體應(yīng)用中一個傳
感器工作原理示意圖。
圖4為本發(fā)明具有普遍適應(yīng)性的七自由度流速測量方法具體應(yīng)用中流速傳 感器與PC計算機(jī)連接原理示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
實施例1
如圖1所示，按照本發(fā)明的方法設(shè)計，將六個一維流速傳感器安裝在一個 流速傳感器基座上，并且分布于不同的方向；然后各自連接一個測量信號處理模 塊用于把六個傳感器的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；最后用一個流速信號合成處理模 塊，與六個測量信號處理模塊連接，用于接收六個方向的流速信號，經(jīng)過合成算 法計算后得到流速的矢量信息，包含流速的方向、大小、時間參數(shù)，最終在LCD 或LED顯示器上顯示出流速信息。
這六個一維的流速傳感器測量六個方向的流體速度，在某一方向，流體可 能以不同角度沖擊該方向傳感器，但該傳感器檢測的是與它垂直的流體速度。 圖1中的1為+Y軸流速傳感器，2為-Y軸流速傳感器，3為+X軸流速傳感器， 4為-X軸流速傳感器，5為-Z軸流速傳感器，6為+Z軸流速傳感器。
如圖2所示，六個流速傳感器分別與傳感器測量信號處理模塊8、傳感器 測量信號處理模塊9、傳感器測量信號處理模塊10、傳感器測量信號處理模塊 11、傳感器測量信號處理模塊12、傳感器測量信號處理模塊13連接，傳感器 測量信號處理模塊負(fù)責(zé)完成流速信號的測量和數(shù)字化，每個都帶有同步電路、 單片計算機(jī)和RS485通信接口，通過RS485接口與流速信號合成處理模塊14 連接。流速信號合成處理模塊14向六個傳感器測量信號處理模發(fā)出測量命令， 六個傳感器開始同步測量。流速信號合成處理模塊14再向六個傳感器測量信 號處理模發(fā)出發(fā)送測量結(jié)果命令，它接收到六個流速信號，通過流速矢量合成 算法計算，得到流速的矢量信號，完成一次測量。如此反復(fù)N次，得到一組時 間序列流速信號，流速與時間的關(guān)系包含在時間序列信息中。流速信息顯示在 LCD或LED顯示器15上。
如圖3所示，流體的按箭頭20方向沖擊流速傳感器16，由于固定傳感器 的腔體19的作用，使得只有與傳感器16垂直方向的流速作用在傳感器上，傳 感器將流速信號轉(zhuǎn)換成電信號通過導(dǎo)線17傳遞出去，導(dǎo)線18是控制傳感器 16工作的信號線。
如圖4所示，+X軸方向流體通過該方向的流速傳感器檢測出來，經(jīng)過信號
處理模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過RS485接口模塊傳遞給PC計算機(jī)；-X軸方向流
體通過該方向的流速傳感器檢測出來，經(jīng)過信號處理模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過
RS485接口模塊傳遞給PC計算機(jī)；+Y軸方向流體通過該方向的流速傳感器檢測
出來，經(jīng)過信號處理模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過RS485接口模塊傳遞給PC計算
機(jī)；-Y軸方向流體通過該方向的流速傳感器檢測出來，經(jīng)過信號處理模塊轉(zhuǎn)換
成數(shù)字信號，通過RS485接口模塊傳遞給PC計算機(jī)；-Z軸方向流體通過該方向
的流速傳感器檢測出來，經(jīng)過信號處理模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過RS485接口模
塊傳遞給PC計算機(jī)；+2軸方向流體通過該方向的流速傳感器檢測出來，經(jīng)過信
號處理模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過RS485接口模塊傳遞給PC計算機(jī)。PC計算機(jī)
根據(jù)流速矢量合成算法，計算得到流速的矢量信息，通過圖形、圖表形式顯示，
數(shù)據(jù)可以存在計算機(jī)的硬盤上，圖形報表等信息可以打印出來。
本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。 本發(fā)明專利提供的具有普遍適應(yīng)性的七自由度流速測量方法，可廣泛應(yīng)用
于風(fēng)力發(fā)電、氣象、汽車、航空器、空氣動力學(xué)、熱工測量、流體力學(xué)等領(lǐng)域。
該具有普遍適應(yīng)性的七自由度流速測量方法的特點是由六個一維流速傳感器
安裝在一個立體的傳感器基座內(nèi)構(gòu)成一個新的傳感器，與相應(yīng)的測量信號電路連
接，通過測量控制及算法，得到流速的矢量信號，包含了流速信號的六個方向的
大小及時間信息。該傳感器可以做成各種尺寸大小，適應(yīng)不同管道直徑的測量或
復(fù)雜測量環(huán)境；通過選擇不同類型的一維流速傳感器可構(gòu)成適應(yīng)不同流體介質(zhì)的
流速多維測量傳感器；該傳感器帶有嵌入式微處理器，又可做成各種幾何形狀和
不同尺寸，容易嵌入到各種測量系統(tǒng)中。還可以通過變化安裝一維流速傳感器的
數(shù)目，可構(gòu)成從2個自由度到到7個自由度的新傳感器。
權(quán)利要求
1. 一種具有普遍適應(yīng)性的七自由度流速測量方法，該方法是將六個一維流速傳感器安裝在一個流速傳感器基座上，然后各自連接一個測量信號處理模塊用于把六個傳感器的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后用一個流速信號合成處理模塊，與六個測量信號處理模塊連接，用于接收六個方向的流速信號，經(jīng)過合成算法計算后得到流速的矢量信息，包含流速的方向、大小、時間參數(shù)，最終在LCD或LED顯示器上顯示出流速信息。
2. 如權(quán)利要求1所述的具有普遍適應(yīng)性的七自由度流速測量方法，其特征在 于六個一維流速傳感器安裝于傳感器基座內(nèi)不同的六個方位。
3. 如權(quán)利要求2所述的具有普遍適應(yīng)性的七自由度流速測量方法，其特征在 于六個方位以空間3軸坐標(biāo)系為參考系，分別是+乂軸方向的、+(0， -X 軸方向的V(O， +丫軸方向的^+(0， -Y軸方向的、力)，+2軸方向的、(0， -Z軸方向的i W。
4. 如權(quán)利要求1所述的具有普遍適應(yīng)性的七自由度流速測量方法，其特征在 于 一維流速傳感器包括渦輪流量傳感器、熱膜流量傳感器、熱線流量傳 感器、超聲波流量傳感器和激光流量傳感器。
5. 如權(quán)利要求1所述的具有普遍適應(yīng)性的七自由度流速測量方法，其特征在 于每個傳感器測量信號處理模塊都帶有單片計算機(jī)和RS485通信接口。
6. 如權(quán)利要求1所述的具有普遍適應(yīng)性的七自由度流速測量方法，其特征在 于流速信號合成處理模塊帶有同步通信電路，可命令六個傳感器同步測 量，完成對流速信號的立體同步測量。
7. 如權(quán)利要求1所述的具有普遍適應(yīng)性的七自由度流速測量方法，其特征在 于流速信號合成處理模塊還帶有流速信號合成處理算法，可以將六個方向流速信號和一維時間信號合成為一個包含這些分量的流速矢量信號。
全文摘要
本發(fā)明屬于多空間測量氣體、液體等流體的流速方法技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述的具有普遍適應(yīng)性的七自由度流速測量方法，是將六個一維流速傳感器安裝在一個流速傳感器基座上，然后各自連接一個測量信號處理模塊用于把六個傳感器的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后用一個流速信號合成處理模塊，與六個測量信號處理模塊連接，用于接收六個方向的流速信號，經(jīng)過合成算法計算后得到流速的矢量信息，包含流速的方向、大小、時間參數(shù)，最終在顯示器上顯示出流速信息。本發(fā)明的流速測量方法與已有的流速測量傳感器使用起來相比，可嵌入到任意對象，適應(yīng)所有測量對象；可廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、氣象、汽車、航空器、空氣動力學(xué)、熱工測量、流體力學(xué)等領(lǐng)域。
文檔編號G01P5/00GK101382562SQ20081020142
公開日2009年3月11日 申請日期2008年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月21日
發(fā)明者進(jìn) 陳, 黃海燕 申請人:上海第二工業(yè)大學(xué)