便携式高性能热式风速仪开发

摘要

热式风速仪是一种测量流体速度的仪器。目前便携式热式风速仪一般采取恒温控制方式，存在测量范围小、测量速率低的问题，无法满足高速、连续测量的需求。本文研究一种基于恒压控制的便携式风速仪，以扩展其测量范围，提高其测量速率。
　　在分析恒压式热式风速仪工作原理和动态特性等特点的基础上，提出一种基于恒压控制的便携式风速仪设计方案。所设计的风速仪能实现大范围风速的连续快速测量，同时能测量流体的温度，具有便携性，可以采用电池供电独立运行，具有显示和存储功能，具有与上位机之间的通信接口。
　　基于所提出的便携式风速仪设计方案，开展了风速仪软硬件系统的详细设计。以ARM处理器为核心设计了便携式风速仪的硬件系统，重点阐述了恒压式风速仪控制电路、时间常数的原位测量电路、T型桥补偿电路、数据采集电路、增益控制电路和数据通信电路的设计方法。在软件设计方面，重点阐述了风速数据采集与处理、人机操作界面软件模块的设计方法。
　　最后针对所设计的便携式风速仪开展了试验验证。首先搭建了可以产生稳定持续流场的风速仪校准系统。随后进行便携式风速仪标定试验，先确定偏置放大电路参数，再进行动态标定，试验便携式风速仪的测量范围，并得到输出电压与流场速度的对应关系。最后对试验数据进行拟合与误差分析。试验结果表明所设计的便携式热式风速仪测量范围可以达到300m/s，测量速率为50次/秒，测量误差小于3％。

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缩略词

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文内容及结构安排

第二章 便携式风速仪总体设计

2.1 CVA工作原理

2.2 CVA控制电路动态特性研究

2.3 CVA系统的方案设计

2.4 本章小结

第三章 便携式风速仪的硬件设计

3.1 便携式风速仪的处理器选型

3.2 CVA控制电路设计

3.3 时间常数原位测量电路设计

3.4 T型桥补偿电路设计

3.5 信号采集电路设计

3.6 CVA工作电压与偏置电压给定电路设计

3.7 CVA增益控制电路设计

3.8 便携式风速仪的人机接口硬件设计

3.9 便携式风速仪硬件电路的工程实现

3.10 本章小结

第四章 便携式风速仪的软件设计

4.1 软件结构设计

4.2 风速仪工作电压与偏置电压给定软件模块设计

4.3 风速仪增益控制软件模块设计

4.4 信号采集与处理软件模块设计

4.5 串口通信软件模块设计

4.6 便携式风速仪人机界面软件模块设计与实现

4.7 便携式风速仪上位机软件设计

4.8 本章小结

第五章 便携式风速仪试验验证

5.1 风速标定系统搭建

5.2 风速仪标定步骤及试验项目设计

5.3 风速仪的动态特性测试

5.4 风速仪的稳态标定试验

5.5 全范围Sigmoidal函数拟合及验证

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文