一种风洞进气道实验动态压力传感器保护装置 【技术领域】
本发明涉及测量控制技术领域， 尤其是一种压力传感器的保护装置。背景技术 风洞进气道实验用动态压力传感器完成对畸变指数的测量。 由于制造动态压力传 感器的技术非常困难且成本高， 所以动态压力传感器价格非常昂贵。 如 “动态压力畸变高速 数据采集及实时存储处理系统” 是进气道 / 发动机相容性评价的基木关键试验分析装置， 被 国外认为是一种技术复杂、 造价昂贵的系统， 美国 FAT 公司曾报价 300 万美元， 其中动态压 力传感器所占比例很大。根据动态压力传感器的测量精度、 量程、 频率响应、 质量等指标的 不同其单价从数千到数万元不等。对进气道畸变指数的测量每次实验需用 10 个以上的动 态压力传感器， 测量得到的动态压力数据的质量会直接影响实验结果， 所以动态压力传感 器至关重要。一般进气道实验时需要根据要求选择动态压力传感器的量程和精度。量程选 择太大测量精度达不到要求数据不准确， 选用量程适中可以有效的获得测量动态数据但非 常容易损坏动态压力传感器， 损坏后更换又非常麻烦。究其容易损坏的原因是因为风洞进 行进气道实验时， 进气道内不但有动态压力而且还存在动态振动和动态冲击， 气流非常复 杂， 流场极不稳定， 导致了动态压力传感器的损坏， 其中振动和冲击引起的因素比较大。现 在技术没有很好的办法来有效的保护动态压力传感器。 就是凭对进气道的实验经验和实验 数据对传感器量程和精度等参数进行选择以避免动态压力传感器的损坏。 由于动态压力传 感器的价格非常昂贵又对测量质量和实验数据起着决定性的作用。 这样对动态压力传感器 的保护就显的非常重要。为此 《振动与冲击》 2007 年 4 月刊登了 “压杆应变式压力传感器在 爆炸冲击波载荷测试中的应用” 一文涉及使用压杆应变式压力传感器解决了普通传感器在 高频压力脉冲下频响低且容易损坏等问题。这种方法基本原理不能用于风洞进气道实验， 另外， 由于保护器体积大无法安装在进气道中。 《油气储运》 1999 年 01 期刊登 “梭式管道 爆破保护装置的动态特性” ， 梭式管道爆破保护装置用于当管道泄漏达到设定的保护值时， 可迅速截断输送制止泄漏只是对动态特性进行了试验研究。 以上两种方法不能应用在风洞 进气道实验中而有效的保护动态压力传感器且防止损坏。
发明内容
为了克服现有技术在风洞进气道实验中无法保护动态压力传感器且防止损坏的 不足， 本发明提供一种风洞进气道实验动态压力传感器保护装置， 根据动态传感器说明书 设置压力监测参数设置器的参数和实验经验设置振动监测参数设置器的参数， 当进气道内 的压力值或振动值超过压力监测参数设置器或振动监测参数设置器设置的参数值后驱动 限位器迅速切断进气道电源， 从而有效的保护动态压力传感器。
本发明的主要思路是 ： 动态压力传感器、 PVDF 压力传感器和 PVDF 振动传感器都可 以用来测量进气道内动态压力和振动的变化。表 1 是动态压力传感器、 PVDF 压力传感器、 PVDF 振动传感器的各种性能对比， 由此得到结论 ； 1、 由于 PVDF 材料传感器对突变信号反应快， 可以提前反映进气道内气流的变化率。2、 PVDF 材料传感器具有灵敏度高、 非常轻薄、 耐 冲击、 频响范围宽、 成本低、 不易损坏的特点。3、 因为测量动态量程和频率范围大， PVDF 不 用更换压力监测传感器和振动传感器的量程。4、 动态压力传感器测量精准度高， 可以用来 测量数据， 而 PVDF 压力传感器、 PVDF 振动传感器测量精准度低， 可用来保护压力传感器， 根 据动态传感器的说明书设置压力监测参数设置器的参数内容 （动态压力最大值、 动态压力 最大值延迟时间、 频率响应） 作为参数值放入压力监测参数设置器中。根据实验经验设置 振动监测参数设置器的参数得到参数内容 （最大振动频率、 最大振动频率延迟时间、 振动位 移） 作为参数值放入振动监测参数设置器中。当进气道内的压力超过压力监测参数设置器 的参数或动态振动参数超过振动监测参数设置器的参数后， 压力限位器或振动限位器迅速 切断进气道 表1的电源， 对动态压力传感器起到保护作用。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是 ： 包括压力监测传感器、 电荷放大器、 压 力监测参数设置器、 压力限位器、 N 个动态压力传感器、 N 个程控放大器、 VXI 数据采集系统、 工业控制机、 进气道电源、 振动监测传感器、 隔离放大器、 振动监测参数设置器和振动限位 器， 1<=N<=300。压力监测传感器监测进气道内动态压力气流变化率， 输出压力气流变化率 信号至电荷放大器进行放大， 当放大后的压力气流变化率信号超过压力监测参数设置器设 置的参数后由压力限位器关断进气道电源， N 个动态压力传感器采集进气道的动态压力数 据， 分别经过 N 个程控放大器进行放大后传输至 VXI 数据采集系统， VXI 数据采集系统采集 动态压力数据再送入工业控制机通过计算畸变指数方法得到进气道实验所需要的畸变指 数， 振动监测传感器测量进气道内动态气流振动变化， 输出动态气流振动信号至隔离放大 器进行放大， 当放大后的动态气流振动信号超过振动监测参数设置器设置的参数后由振动 限位器关断进气道电源， 工业控制机依据动态压力传感器说明书中的动态压力传感器量程 设置压力监测参数设置器的参数， 依据实验的实际需求设置振动监测参数设置器的参数。
所述的压力监测传感器采用 PVDF 材料压力传感器。
所述的振动监测传感器采用 PVDF 材料振动传感器。
所述的压力监测传感器、 动态压力传感器和振动监测传感器安装在进气道同一横 截面上， 并按圆周方向均匀分布， 上述三种传感器屏蔽后连接大地。所述的压力监测参数设置器的参数内容按动态压力传感器说明书遵循以下要求： 1、 动态压力最大值 <= 动态压力传感器压力量程 *1.414。
2、 动态压力最大值延迟时间 <=0.1 S ~0.5S。
3、 频率响应 <=1/2 ~ 1/10* 动态压力传感器固有频率。
将三个参数值放入压力监测参数设置器中， 当在进气道内的参数超过设定值以后 关断进气道电源。
所述的振动监测参数设置器的参数内容遵循实验经验按以下要求 ： 1、 最大振动频率取 0.5 Hz ~ 7Hz。
2、 最大振动频率延迟时间 <=0.3S~1S。
3、 振动位移 <=400 um ~1000um。
将三个参数值放入振动监测参数设置器中， 当在进气道内的参数超过设定值以后 关断进气道电源。
本发明的有益效果是 ： 本发明能够提供保护动态压力传感器的装置， 当进气道内 的压力值或振动值超过压力监测参数设置器或振动监测参数设置器设置的参数值后驱动 限位器迅速切断进气道电源， 起到保护动态压力传感器的作用从而减少经济损失。利用 PVDF 材料成本低， 可折叠安装、 方便使用的特点也可广泛应用各种压力实验或振动实验。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 附图说明
图 1 是本发明的装置示意图。具体实施方式
图 1 是本发明的装置示意图， 压力监测传感器监测进气道内动态压力气流变化率 至型号是 M193802 的电荷放大器将动态气流压力变化率进行放大， 当放大后的信号超过型 号是 YPK-38 的压力监测参数设置器的参数后由型号是 LSM 020.2 的压力限位器关断进气 道电源。选取 N=15， 采用 15 只型号是 XCS-9301-5D 的动态压力传感器 1、 ……、 动态压力传 感器 15 采集进气道的动态数据分别经过通过型号是 TS-2000 板的多路程控放大器 1、 ……、 程控放大器 15 将动态数据进行放大后至型号是 VXI16015S 的 VXI 数据采集系统并行采集 动态数据。VXI 数据采集系统将动态数据送入型号是 IPC610 的工业控制机计算出进气道 实验结果所需要的畸变指数。 振动监测传感器测量进气道内动态气流振动信号通过型号是 AD204 的隔离放大器将振动信号进行放大， 当放大后的信号超过型号是 JYHK-HZD-B-5 的振 动监测参数设置器设置的参数后由型号是 G37 的振动限位器关断进气道电源。用工业控制 机工业控制机依据动态压力传感器说明书中的动态压力传感器量程设置压力监测参数设 置器的参数， 工业控制机依据实验经验设置振动监测参数设置器的参数。
选 用 压 力 监 测 传 感 器 的 材 料 是 PVDF 材 料 压 力 传 感 器， 其 尺 寸 是 Φ50mm、 厚 350μm。
选用振动监测传感器的材料是 PVDF 材料振动传感器， 尺寸是 ： 长 18mm、 宽 18mm、 厚 170μm。选用一个压力监测传感器、 15 个动态压力传感器、 一个振动监测传感器安装在 Φ350mm 的横截面上按圆周方向均匀分布， 再将传感器屏蔽后连接大地。
动态压力传感器量程设置压力监测参数设置器的参数内容 ： 当动态压力传感器的量程 =5PSI 时 ； 1、 动态压力最大值 =7PSI。
2、 动态压力最大值延迟时间 =0.1S。
3、 频率响应 =100KHZ。
将三个参数值放入压力监测参数设置器中， 当在进气道内的参数超过设定值以后 关断进气道电源。
设置振动监测参数设置器的参数内容 ： 1、 最大振动频率取 0.5HZ。
2、 最大振动频率延迟时间 =0.3S。
3、 振动位移 =400um。
将三个参数值放入振动监测参数设置器中， 当在进气道内的参数超过设定值以后 关断进气道电源。 说明 ： 当动态压力传感器的量程 >=100PSI 时可以取设置参数中的上限值。当 100PSI> 量程 >=10PSI 可以取设置参数中的中间值， 当 10PSI> 量程可以取设置参数中的下 限值 （设置参数包括压力监测参数设置器的三个参数值和振动监测参数设置器的三个参数 值） 。
上述的参数 N 设置为 1、 90、 300 等个数时， 仅对分布的密度等进行改变即可， 均能 够实现同样的功能， 个数越多， 测量的越精确。
本发明与现有技术相比具有以下显著的优点 ： 1) 由于压力监测传感器对动态压力气流变化率反应快， 当进气道内出现超动态动态 压力最大值、 动态压力最大值延迟时间、 频率响应和最大振动频率、 最大振动频率延迟时 间、 振动位移时及时切断电源对动态压力传感器进行有效保护。
2) 由于 PVDF 测量动态压力量程和振动频率范围大、 价格相当便宜而且不会损坏， 所以不用更换压力监测传感器和振动传感器。
3) 在实验中可以尽量选用接近最大数据量程的动态压力传感器进行畸变指数的 高精度测量， 使测量数据更接近实际情况。
4） PVDF 材料成本低， 可折叠安装使用。
工作程序是 ： 1、 安装 ： 将压力监测传感器、 动态压力传感器 1、……动态压力传感 器 N、 振动监测传感器安装在横截面上按圆周方向均匀分布， 再将传感器屏蔽后连接大地。 2、 用工业控制机分别设置压力监测参数设置器的参数和设置振动监测参数设置器的参数， 根据动态传感器的说明书设置压力监测参数设置器的参数 （动态压力最大值、 动态压力最 大值延迟时间、 频率响应） ， 根据实验经验设置振动监测参数设置器的参数 （最大振动频率、 最大振动频率延迟时间、 振动位移） 。 3、 实验 ： 将进气道的动态压力气流增加， 压力监测传感 器监测进气道内动态压力气流变化率至电荷放大器将动态气流压力变化率进行放大， 当放 大后的压力变化率信号超过压力监测参数设置器设置的参数后由压力限位器自动关断进 气道电源。 振动监测传感器测量进气道内动态气流振动信号变化通过隔离放大器将振动信
号进行放大， 当放大后的动态气流振动信号超过振动监测参数设置器设置的参数后由振动 限位器关断进气道电源。 4、 工作过程 ： 启动进气道电源， 动态压力传感器测量得到风洞进气 道内动态压力信号通过程控放大器、 VXI 数据采集系统得到有效的动态测量数据。 压力监测 传感器监测进气道内的动态压力得到的动态压力信号经通过电荷放大器将信号放大， 当放 大后的信号超过压力监测参数设置器设置的参数后由压力限位器自动关断进气道电源。 振 动监测传感器测量进气道内动态气流振动信号变化通过隔离放大器将振动信号进行放大， 当放大后的信号超过振动监测参数设置器设置的参数后由振动限位器关断进气道电源。 对 动态压力传感器起到保护作用。