[发明专利]用于测量气流速度的装置和方法

说明书

用于测量气体的流动速率的装置包括探针(S)、电压源(5)和脉冲计数检测电路(7)。探针包括轴向电极(1)和外周电极(2)，其中，轴向电极(1)的暴露端部(1P)具有小的曲率半径。电压源在两个电极之间施加AC电压，并且通过两个电极之间的气体发生的放电通过检测电路进行检测和计数。这种用于测量速率的装置特别可靠，并且适用于飞行器(AV)上，以测量飞行器相对于周围空气的速度。

技术领域

本发明涉及一种用于测量气体的流动速度的装置和方法，具体地用于航空应用。

背景技术

已经有许多用于测量气流的速度的方法。具体地，已知通过使用皮托管来测量气流的速度。这种探针包括面向流动的滞压捕获孔和布置在与流动相切的壁上的静压捕获孔。然后，滞压与静压之间的差值与气体速度的平方成比例。然而，滞压捕获孔由可能被冰或灰尘阻塞或存在维护操作问题的毛细管构成，正因为这个原因皮托管的可靠性可能不足。

还已知通过使用超声脉冲发射探针来测量气流的速度。测量原理基于超声脉冲传输时间的确定。但是这种探针限于小于100m/s(米/秒)的待测量速度。

还已知使用穿过气流的激光束。可根据背散射光的多普勒频移或气体成分的吸收线的波长偏移来评估流动速度。但是这种方法需要激光源、用于使光束朝向流动出口并用于收集返回光的至少一个光学窗口。此外，当流动速度小时，这些光学方法不精确。

另外，还已知离子探针用于测量气流的速度。在第一类这样的探针中，在流动中产生离子，然后从其产生区域的下游收集离子。然后在通过脉冲产生离子的情况下，可由称为离子飞行时间的释放和收集物品之间的时间确定流动速度，或者在连续或几乎连续产生离子的情况下从收集的电流值推导出流动速度。但是，来自第一类的探针需要将离子源放入气流中，这会干扰要测量其速度的流动。

最后，来自第二类的离子探针使用通过(正或负)直流电压极化的细尖端，以在气流中产生离子。对于这些探针中的一些，测量电极位于流的下游，以收集对应于所产生的离子的电荷。然后可将测量电极中的电流值联系至流动速度。对于其他探针，尖端通过负直流电极极化，以产生负电晕放电。在这种情况下，来自电晕放电的脉冲电流值或电晕放电脉冲频率值提供流动速度的测量值。这种离子探针描述于F.D.Werner和R.L.Geronime的文章“Applications of the corona discharge for measurements of density andvelocity transients in air flow(电晕放电用于测量气流中的密度和速度瞬变的应用)”，1953，pp.53-142和E.T.Pierce提出的题为“Trichel Pulse Corona gas velocityinstrument(特里切尔脉冲电晕气体速度仪)”的美国专利US3,945,251中。但是这种采用直流电极化的离子探针具有大的滞后，使得连续的测量受到结果漂移的影响，因此难以获得气流速度的可靠值。

发明内容

从这种情况出发，本发明的目的是提出一种用于测量气流的速度的新型探针，其不具有上述现有探针的缺点。具体地，寻求以下特性：

-测量范围(也被称为测量动态)广泛，可能可控，并允许测量低速和高速流动；

-避免使用毛细管，因为它可能会被阻塞；

-避免使用光学窗口，因为它们可能变脏或不透明或漫射；

-在连续进行的测量期间没有滞后现象；

-操作与用于测量的探针的防冰或除冰系统兼容；以及

-它具有将高压子电路与低压子电路电隔离的结构。

为了达到这些目的或其他目的中的至少一个，本发明的第一方面提出了用于测量气流的速度的装置，其包括：