[发明专利]基于离子示踪的气流速度测量方法

权利要求书

1.基于离子示踪的气流速度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)高压离子发生源的电晕电极接通直流高压电源正极，接地电极与负极相接，电晕电极附近的强电场使中性气体分子中的电子获得足够的能量，克服原子核和分子对它的作用力而成为自由电子，同时中性的原子或分子由于失去电子而变成带正电荷的正离子，附着在气流粒子上，或随着气流一起流动形成带电流体；

(2)2个相同规格的感应电极按一定间距沿着气流方向布置，带电流体随着待测气流向下游流动依次经过上下游感应电极，在2个感应电极上产生有相位差的电荷感应信号；

(3)采用电荷检测放大电路对步骤2产生的2路电荷感应信号进行检测并放大、滤波处理后得到2路电压信号，2路电压信号依次记为e₁(τ)和e₂(τ)；通过数据传输模块将信号传输至计算处理模块；

(4)利用计算处理模块将得到的2路电压信号进行预处理和互相关计算，并根据感应电极之间的间距计算气流的速度；预处理和互相关计算的具体包括如下步骤：

(41)将采集到的2路电压信号e₁(τ)、e₂(τ)中的50Hz工频干扰和2Khz以上的高频噪声进行滤除，分别得到e_f1(τ)和e_f2(τ)；

(42)计算两路信号的峰值分别记为：max1和max2，计算两路信号的谷值分别记为：min1和min2，计算两路信号的峰峰值分别表示为：max1-min1和max2-min2；若其中一路的峰峰值小于某一阈值，则感应电极环内气流流动的速度v为0，反之，若两路的峰峰值都大于某一阈值，进行下一步计算；

(43)对e_f1(τ)和e_f2(τ)进行幅值修正，对其中峰峰值较小的一路信号做幅值修正，幅值修正后的两路信号分别记为f₁(τ)和f₂(τ)；若e_f2(τ)峰峰值小于e_f1(τ)峰峰值，即(max1-min1)＞(max2-min2)，做以下修正：

f₁(τ)＝e_f1(τ)-min1

反之，若e_f1(τ)峰峰值小于或等于e_f2(τ)峰峰值，即(max1-min1)≤(max2-min2)，做以下修正：

f₂(τ)＝e_f2(τ)-min2

得到f₁(τ)和f₂(τ)；

(44)对经过滤波处理和幅值修正的信号f₁(τ)和f₂(τ)做互相关运算，其中互相关函数可由下式求得：

其中取得最大值处所对应的τ值就是流体经过上下游感应电极的渡越时间，用τ₀表示；

(45)若τ₀为0，则感应电极环内气流流动的相关速度v为0，反之，若τ₀不为0，进行下一步计算；

(46)上下游电荷感应传感器之间的间距为L，根据渡越时间τ₀，计算得到感应电极环内气流流动的速度v，计算公式如下：

式中，k₀为速度无量纲校正系数，由实验标定确定。

2.如权利要求1所述的基于离子示踪的气流速度测量方法，其特征在于，步骤(46)中，速度无量纲校正系数标定方法如下：在实际气流流动条件下，利用激光多普勒测速仪对本方法的速度测量值进行对比标定；激光多普勒测速仪与本测量装置同步测量，测量装置记录测量数据并保存，取与激光多普勒测速仪同时间、同区间的速度测量值与激光多普勒测速仪的速度测量值组成一个数据对，每次标定至少要获得6对数据；以本测量装置测量的气流速度为X_i，激光多普勒测速仪测得的气流速度为Y_i，将相关系数大于0.92的数据对定义为有效数据点x_i和y_i，有效测点的数量m应在6个以上；再运用一元线性回归，给出标定曲线，进而获得标定系数k₀：