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更新時間：2025-03-31
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動態五孔探針測速系統方案
一、 方案
根據需求，探針用于測量列車通過時在列車附近產生的流場風速，壓力（0.005～1）atm 范圍內連續可調以及長時間在低真空室內使用，并能適應在24h內，真空管道從1atm 降至0.005atm，環境溫度：-15℃~60℃，環境濕度：日平均值不大于 95%RH，月平均值不大于 90%RH。
根據輸入可知，風速測量范圍：0～150m/s，風向測量范圍±45°，探針長度在100mm~150mm，探頭直徑3mm左右。探頭、信號調理一體式，輸出信號為5通道電壓信號方便數采設備直接采集，風速測量精度±(0.2m/s+3%*測量值) ，響應頻率1KHz左右。
整個五孔探針部分是由；3D打印五孔探頭（橙色）、動態壓力傳感器（灰色）、反吹管路（青色）、參考端引氣管路（深藍色）、探針殼體及固定端（洋紅）、密封格蘭頭（黃色）組成。三維模型組成如圖1所示。其中前段探頭直徑為3mm，長度20mm，內置孔徑為0.8mm，然后經30°擴張角擴張到直徑18mm，傳感器前管路長度不超過35mm，可保證探針響應速度不低于0.1s，總長約為100mm；18mm的探針殼體內置5支動壓壓力傳感器，量程為0-110kpa絕壓型，其采樣頻率為5KHz，傳感器和探頭之間通過M3.5的螺栓連接，通過壓緊墊圈密封防松，耐壓不低于0.2Mpa；再靠近傳感器感應頭部的測試管路上開有反吹小孔，通過接入反吹管路，可將反吹氣體吹入測試孔；kulite壓差傳感器有參考端。可以通過5根引氣管合并成1根引氣管引出探針直至測試車廂內，車廂內設置大氣壓力傳感器用于測量實時大氣壓，作為傳感器的參考壓力。3D打印探頭與固定端外殼通過螺紋連接，再配以放松頂絲螺紋進行防松，方便探頭的拆裝維護；探針殼體通過螺紋方式與探頭和后端格蘭頭固定，并安裝銷釘螺栓用于防松，這樣能夠保證穩定的同時又能保證傳感器可以拆卸，提高可維護性；引線和引氣管路通過后端格蘭頭進行密封和尾附，防止進水和用力拉扯導致損壞。
圖1 五孔探針組成示意圖
風速測量系統由五孔探針組件、固定殼體、測試引線、動態數采四部分組成，如圖2所示，其中探針組件固定板之間為焊接固定，固定殼體使用鑄工膠固定到列車廂體外壁上，固定殼體接觸面長300mm，寬度80mm，其整體重量不超過1.3kg，膠水通過較大的接觸面積能夠保證車載測風系統在整個使用過程能夠安全運行。
圖2 風速測量系統組成示意圖
二、 配置說明表如下：
序號 | 名稱 | 參數 | 數量 |
1 | 動態五孔探針 | 探針長度100mm，內置動態壓力傳感器 | 1 |
2 | 動態五孔探針校準 | 激波管鎖相標定，探針校準0/1/0.3/0.5ma | 1 |
3 | 動態數采系統硬件 | 含放大、調理、供電等功能，能夠實時采集顯示輸出壓力信號 | 1 |
4 | 動態數采軟件 | 能夠實時計算時域風速、壓力參數，能夠進行傅里葉變換。 | 1 |
5 | 現場安裝調試 | 差旅2人次，5天 | 1 |
穩態五孔探針測速系統方案
一、動態五孔探針測速系統方案
穩態五孔探針流場參數測試系統由五孔探針，信號采集系統和上位機（計算機）三大部分組成。（如圖1-1所示）。實驗過程中，通過五孔探針感知流場壓力信號，由信號采集系統將壓力的物理信號化為數字信號傳入上位機，經過五孔探針插值算法，獲得測點位置的總壓、靜壓及速度大小和方向。
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圖1-1 穩態五孔探針流場參數測試系統原理圖 |
二、典型穩態五孔探針測速系統
典型穩態五孔探針流場系統組成如下：
序號 | 名稱 | 參數 | 數量 |
1 | 壓力掃描閥 | 量程±15kPakpa(表壓)，精度0.1%FS，過載能力2×，采樣頻率100Hz,16個通道，支持TCP/IP通訊協議，環境濕度0%~95%（無凝結、無結霜），工作溫度-20~60℃，補償溫度0~60℃。 | 1 |
4 | 五孔探針 | L型304不銹鋼探針，長度按要求定制，速度精度0.1m/s，角度精度±0.5°，標定馬赫數0.1/0.3/0.5，配合壓力掃描閥后的測量速度范圍0-150m/s。 | 1 |
5 | 上位機測速軟件 | 主要功能包括：掃描閥數據采集、數據保存、運動控制、五孔探針自動移測、五孔探針插值算法。 | 1 |
供貨周期：30天
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