一种翼型流场压力信号采集装置及方法

本发明涉及航空工业和风能发电，尤其涉及一种翼型流场压力信号采集装置及方法。

背景技术：

1、随着航空工业和风能发电技术的不断发展，翼型设计和优化成为了提高飞机性能和风力发电效率的重要研究领域。在翼型设计过程中，准确测量流场中的压力分布是理解和优化翼型气动性能的关键。流场压力信号的精确采集不仅有助于分析翼型表面的流动特性，还能帮助设计师优化翼型形状，降低阻力，增加升力，提高整体气动性能。因此，开发高精度、高灵敏度的流场压力信号采集装置对推进翼型设计技术的发展具有重要意义。

2、然而，现有技术在流场压力信号采集方面仍存在诸多问题。首先，传统的压力传感器布置有限，无法实现多点同步采集，导致压力分布数据不够详细和准确。其次，压力信号在采集、传输过程中容易受到噪声和干扰的影响，导致信号质量下降。此外，现有装置的校准和控制功能较为简单，难以确保传感器的长期精度和系统的稳定运行。

技术实现思路

1、基于上述目的，本发明提供了一种翼型流场压力信号采集装置及方法。

2、一种翼型流场压力信号采集装置，包括采集模块、电源模块、放大模块、滤波模块、控制模块、校准模块和传输模块，其中；

3、所述采集模块安装在翼型表面，用于采集流场中的压力信号，采集模块包括多个高灵敏度压力传感器；

4、所述电源模块提供稳定的电源，电源模块包括电池子模块、稳压子模块和电源管理子模块；

5、所述放大模块连接采集模块，用于对采集到的压力信号进行初步放大，放大模块采用低噪声放大器；

6、所述滤波模块连接放大模块，用于对放大后的压力信号进行滤波处理，滤波模块采用多级带通滤波器；

7、所述控制模块连接电源模块、采集模块、放大模块、滤波模块和校准模块，用于协调各模块的工作，控制模块包括微处理器和数据存储模块，微处理器根据预设的程序对压力信号进行采集、放大、滤波、存储和传输的全过程进行控制和管理；

8、所述校准模块连接采集模块和控制模块，用于对采集模块中的传感器进行定期校准，校准模块通过对比标准信号和实际采集信号的偏差进行调整，并反馈校准信息给控制模块进行记录和调整；

9、所述传输模块连接控制模块，用于将处理后的压力信号数据传输至地面监控系统，传输模块包括有线和无线两种传输方式。

10、可选的，所述采集模块具体包括：

11、高灵敏度压力传感器：在翼型表面的多个位置安装多个压力传感器；

12、传感器布置：传感器以均匀间隔布置在翼型表面，包括前缘、中部和后缘，以捕捉不同位置的压力变化。

13、可选的，所述电源模块具体包括：

14、电池子模块：提供设备的基本电力供应，采用锂电池组；

15、稳压子模块：稳定输出电压，输出电压范围为3.3v至5v；

16、电源管理子模块：监控和管理电源的使用情况，支持自动切换和电量报警功能。

17、可选的，所述放大模块具体包括：

18、低噪声放大器：放大采集到的微弱压力信号，放大倍数为100倍；

19、放大电路设计：采用双极性电源设计，提供正负电压，提升放大器的线性度和动态范围。

20、可选的，所述滤波模块具体包括：

21、多级带通滤波器：包括三级滤波器，每一级滤波器的中心频率和带宽根据目标信号频率范围进行设计；

22、滤波器参数：第一级带通滤波器的中心频率为1khz，带宽为100hz；第二级带通滤波器的中心频率为2khz，带宽为200hz；第三级带通滤波器的中心频率为5khz，带宽为500hz；

23、滤波器设计：采用有源滤波器设计，提升信号的纯净度和稳定性。

24、可选的，所述控制模块具体包括：

25、微处理器：使用arm cortex-m系列微处理器，主频为100mhz，具备高效处理和低功耗特点；

26、数据存储模块：内置大容量闪存，容量为16gb，用于存储采集的压力信号数据和校准记录；

27、控制算法：采用基于pid控制的协调算法，公式为：

28、

29、其中，u(t)为控制输出，e(t)为误差，kp、ki和kd分别为比例、积分和微分系数。

30、可选的，所述校准模块具体包括：

31、标准信号发生器：产生标准压力信号，用于校准传感器的测量精度；

32、校准过程：通过对比标准信号和实际采集信号的偏差，计算传感器的校准系数，并实时调整传感器输出。

33、可选的，所述传输模块具体包括：

34、有线传输：采用rs-485通信协议；

35、无线传输：采用wi-fi和zigbee双模无线通信。

36、可选的，所述传输模块还包括数据加密功能，采用aes-256加密算法，对传输的数据进行加密。

37、一种翼型流场压力信号采集方法，由上述的一种。。。。。。。。。装置实现，包括以下步骤：

38、s1，数据采集：在翼型表面安装多个高灵敏度压力传感器，实时采集流场中的压力信号；

39、s2，数据放大：通过低噪声放大器对采集到的压力信号进行初步放大，确保信号放大的高质量；

40、s3，数据滤波：采用多级带通滤波器对放大后的压力信号进行滤波处理，有效滤除环境噪声和高频干扰信号；

41、s4，数据校准：使用标准信号发生器对压力传感器进行定期校准，通过对比标准信号和实际采集信号的偏差进行调整；

42、s5，数据处理：利用控制模块的微处理器对采集、放大和滤波后的压力信号进行协调处理和存储；

43、s6，数据传输：通过有线或无线传输模块将处理后的压力信号数据传输至地面监控系统。

44、本发明的有益效果：

45、本发明，通过在翼型表面安装多个高灵敏度压力传感器，实现了对流场中压力信号的高精度、多点同步采集。传感器布置在翼型的前缘、中部和后缘等关键位置，能够捕捉到不同位置的压力变化，从而提供详细的流场压力分布数据。采集模块配合低噪声放大器和多级带通滤波器，能够有效放大和滤除噪声，确保压力信号的高质量和纯净度。通过这种设计，装置能够实时、准确地监测翼型流场中的压力变化，为流场特性分析和优化设计提供了可靠的数据支持。

46、本发明，采用微处理器对压力信号采集、放大、滤波、校准和传输全过程进行智能控制，确保各模块协同工作，实现数据的高效处理和传输。控制模块运行基于pid控制的协调算法，确保系统稳定运行。校准模块通过对比标准信号和实际信号的偏差进行定期校准，保证了压力传感器的测量精度。传输模块支持有线和无线传输，确保数据传输的可靠性和实时性，同时采用aes-256加密算法，确保数据的安全性。用户接口模块提供了实时数据显示和参数设置功能，当压力信号超出预设范围时，系统能够自动发出报警，提醒用户及时处理。这种智能控制和高效数据传输设计，显著提高了装置的可靠性和使用便利性，确保了翼型流场压力信号的精准采集和安全传输。