本發(fā)明具體涉及基于動(dòng)態(tài)半徑測(cè)量的激光多普勒測(cè)速校準(zhǔn)裝置，屬于風(fēng)速測(cè)量和校準(zhǔn)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

通常情況下在常溫風(fēng)洞中進(jìn)行的風(fēng)速計(jì)校準(zhǔn)，其參考標(biāo)準(zhǔn)大多為標(biāo)準(zhǔn)皮托管。而皮托管測(cè)速在較低速度時(shí)有較大的不確定度，在流速較高時(shí)受流體壓縮性的影響，都不能滿足現(xiàn)在流速測(cè)量的需求。目前國(guó)內(nèi)外通用的做法是利用一組皮托管作為參考標(biāo)準(zhǔn)，定期進(jìn)行相互比對(duì)，但這個(gè)方法無法實(shí)現(xiàn)溯源。

本發(fā)明采用的激光多普勒測(cè)速技術(shù)原理它利用激光采集流體區(qū)域內(nèi)示蹤粒子的速度，極大地克服了皮托管測(cè)量的缺點(diǎn)，具有可溯源、抗干擾、測(cè)速范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用；但激光測(cè)量?jī)x器精密且受環(huán)境影響較大，若沒有可靠的校準(zhǔn)裝置，準(zhǔn)確的溯源和傳遞將無法進(jìn)行。國(guó)外對(duì)激光多普勒測(cè)速儀的校準(zhǔn)工作有一些涉及，主要有德國(guó)聯(lián)邦物理研究院(ptb)進(jìn)行的玻璃轉(zhuǎn)盤校準(zhǔn)裝置，其標(biāo)定速度大約1m/s左右，采用圓盤圓周均布示蹤粒子的結(jié)構(gòu)方式；美國(guó)nist也開展了這方面的工作，但其校準(zhǔn)裝置并未考慮旋轉(zhuǎn)圓盤的動(dòng)態(tài)半徑帶入的不確定度因素；國(guó)內(nèi)方面雖然激光多普勒測(cè)速技術(shù)已應(yīng)用的十分廣泛，但針對(duì)測(cè)速儀的校準(zhǔn)方面的報(bào)道并不多。中國(guó)實(shí)用新型專利cn202421211u(多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)速度精確校準(zhǔn)儀)涉及激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)的校準(zhǔn)，但其依據(jù)的原理是激光氣溶膠散射譜與激光硬目標(biāo)的散射譜一致，使激光雷達(dá)發(fā)出的激光束分別照射到軟(隨風(fēng)一起運(yùn)動(dòng)的氣溶膠)、硬運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)上，通過軟、硬目標(biāo)速度的比對(duì)來實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)，與本發(fā)明的原理及終點(diǎn)技術(shù)不同。使用模擬示蹤粒子進(jìn)行激光多普勒測(cè)速儀的校準(zhǔn)，并考慮動(dòng)態(tài)半徑所引入的不確定度，國(guó)內(nèi)還并沒有公開的研究報(bào)道。目前常用的校準(zhǔn)方法幾乎都依靠比對(duì)試驗(yàn)，由于各種方法及儀器的不同，測(cè)量結(jié)果自身也都存在著誤差，因此這些方法并不能實(shí)現(xiàn)速度校準(zhǔn)的溯源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決常用風(fēng)速校準(zhǔn)方法不能實(shí)現(xiàn)風(fēng)速校準(zhǔn)的溯源問題，提出一種基于動(dòng)態(tài)半徑測(cè)量的激光多普勒測(cè)速校準(zhǔn)裝置。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種基于動(dòng)態(tài)半徑測(cè)量的激光多普勒測(cè)速校準(zhǔn)裝置(以下簡(jiǎn)稱“激光多普勒測(cè)速校準(zhǔn)裝置”)，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、氣浮軸系、氣浮導(dǎo)軌、激光多普勒測(cè)速儀、標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤、測(cè)量光柵、基座和計(jì)算機(jī)。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)；

標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤包括金屬絲、螺栓和通孔；

第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第一測(cè)量光柵、氣浮軸系、氣浮導(dǎo)軌和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)被封裝在基座內(nèi)，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)與氣浮軸系相連，標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤安裝在氣浮軸系上；第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)、氣浮軸系和標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤能夠在氣浮導(dǎo)軌上平動(dòng)?；习惭b用于測(cè)量移動(dòng)距離的第二測(cè)量光柵，用來輸出直徑參數(shù)；第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)上安裝測(cè)量轉(zhuǎn)速的第一測(cè)量光柵，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速進(jìn)行采集。

工作過程：

第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)氣浮軸系帶動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，該轉(zhuǎn)速由第一測(cè)量光柵測(cè)得并輸入計(jì)算機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤的圓周的任一處豎直安裝金屬絲，用于模擬示蹤粒子。當(dāng)金屬絲旋轉(zhuǎn)入激光多普勒測(cè)速儀的測(cè)量體內(nèi)時(shí)，激光多普勒測(cè)速儀即測(cè)得金屬的線速度；同時(shí)第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)氣浮導(dǎo)軌在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤直徑方向向激光多普勒測(cè)速儀平動(dòng)，在移動(dòng)一個(gè)直徑距離后金屬絲再次進(jìn)入激光多普勒測(cè)速儀內(nèi)，此時(shí)由第二測(cè)量光柵測(cè)出金屬絲移動(dòng)的距離，該距離即為當(dāng)前轉(zhuǎn)速下的動(dòng)態(tài)半徑值；計(jì)算機(jī)通過動(dòng)態(tài)半徑值和第一測(cè)量光柵測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤上金屬絲運(yùn)動(dòng)的線速度，將金屬絲的線速度值與激光多普勒測(cè)速儀測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤上金屬絲的線速度值進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)而完成對(duì)激光多普勒測(cè)速儀的校準(zhǔn)工作。

有益效果：

1.本發(fā)明以標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤在不同轉(zhuǎn)速下的動(dòng)態(tài)半徑測(cè)量為核心技術(shù)，采用激光多普勒測(cè)速方式得到標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤的動(dòng)態(tài)半徑，同時(shí)采集標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)線速度，與激光多普勒測(cè)速儀測(cè)得速度進(jìn)行比對(duì)，完成對(duì)激光多普勒測(cè)速儀的校準(zhǔn)，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)流速參數(shù)的溯源，優(yōu)于傳統(tǒng)測(cè)速校準(zhǔn)方法。

2.本發(fā)明采用高精度驅(qū)動(dòng)電機(jī)，研磨工藝制造精密氣浮軸系和氣浮導(dǎo)軌，提高了校準(zhǔn)裝置的不確定度水平。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的激光多普勒測(cè)速校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的激光多普勒測(cè)速校準(zhǔn)裝置工作流程示意圖；

其中，1-第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)、2-第一測(cè)量光柵、3-氣浮軸系、4-標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤、5-氣浮導(dǎo)軌、6-第二測(cè)量光柵、7-激光多普勒測(cè)速儀、8-第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)、9-基座、10-螺栓、11-通孔、12-鍍金鎢絲。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。

如圖1和圖3所示，一種基于動(dòng)態(tài)半徑測(cè)量的激光多普勒測(cè)速校準(zhǔn)裝置，包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1、第一測(cè)量光柵2、氣浮軸系3、標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤4、氣浮導(dǎo)軌5、第二測(cè)量光柵6、激光多普勒測(cè)速儀7、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)8、基座9、螺栓10、通孔11、鍍金鎢絲12和計(jì)算機(jī)。

如圖2所示，標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤4的材質(zhì)為鋁合金，直徑為200～250mm，上下端為厚度5～10mm的薄圓盤，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到4000r/min，最大可校準(zhǔn)速度40m/s；在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤4中間的圓柱部分沿標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤的徑向有一通孔11。該通孔直徑根據(jù)激光多普勒測(cè)速儀的光學(xué)屬性確定，保證激光多普勒測(cè)速儀7的測(cè)量體能夠通過通孔11。在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤4外圓周任一位置用螺釘垂直剛性?shī)A持直徑為1～10um的金屬絲，材料優(yōu)選為鍍金鎢絲12，作為模擬示蹤粒子，鍍金鎢絲12的位置垂直于中心通孔的軸線，這樣的設(shè)計(jì)能夠保證標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤4平移過一個(gè)直徑位移后，鍍金鎢絲12能夠再次進(jìn)入激光多普勒測(cè)速儀7的測(cè)量體內(nèi)，激光多普勒測(cè)速儀7再次測(cè)得鍍金鎢絲12的線速度。螺栓10為多對(duì)，分別用來夾持鍍金鎢絲和固定標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤4，作為配重安裝以保持標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤4在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)平衡；第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)8分別為分裝式無刷力矩電機(jī)；氣浮軸系3和氣浮導(dǎo)軌5均研磨加工而成，工作過程中保持充氣壓力為0.4mpa，傳動(dòng)平穩(wěn)，無接觸摩擦。

工作過程：

第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1驅(qū)動(dòng)氣浮軸系3帶動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤4旋轉(zhuǎn)，標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤4的轉(zhuǎn)速由第一測(cè)量光柵2測(cè)得并輸入計(jì)算機(jī)；被校激光多普勒測(cè)速儀7發(fā)出的兩束激光束與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤4過直徑的中心孔完全水平，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤4在氣浮導(dǎo)軌5上移動(dòng)至位置a，模擬粒子進(jìn)入校激光多普勒測(cè)速儀時(shí)，激光多普勒測(cè)速儀7測(cè)得鍍金鎢絲12的線速度；標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤4繼續(xù)平移，經(jīng)過一個(gè)直徑至位置b處，此時(shí)模擬粒子再次進(jìn)入激光多普勒測(cè)速儀的測(cè)量體內(nèi)，激光多普勒測(cè)速儀7再次測(cè)得鍍金鎢絲12的線速度，第二測(cè)量光柵6得到的平移距離為該轉(zhuǎn)速下的動(dòng)態(tài)直徑，由此得標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為：

其中：

r為轉(zhuǎn)盤動(dòng)態(tài)半徑，m；

n為第一測(cè)量光柵測(cè)得轉(zhuǎn)速，r/min。

計(jì)算機(jī)將通過標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速和動(dòng)態(tài)半徑計(jì)算的速度信號(hào)v1和激光多普勒測(cè)速儀測(cè)得速度信號(hào)v2進(jìn)行采集和分析，即完成對(duì)激光多普勒測(cè)速儀的校準(zhǔn)過程。