压差测量装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于电磁阀控制的压差测量装置和方法，所述装置包括电磁阀，气压传感器，气管，数据处理模块和数据线。采用本发明的装置和方法可以有效解决传统测量装置对浮空器囊体内外压差进行测量时出现的不适应，而且能满足特殊工作环境下的实时性需求。

权利要求

1.一种利用基于电磁阀控制的实时性压差测量装置测量浮空器囊体内外压差的测量方法，所述实时性压差测量装置包括第一电磁阀、第二电磁阀、第一气压传感器、第二气压传感器、第一气管、第二气管、第三气管、第四气管、第五气管、第六气管，以及数据处理模块和数据线；所述第一气管的一端和所述第二气管的一端分别连接所述第一电磁阀；所述第一气管的另一端连接浮空器囊体；所述第三气管的一端连接所述第一电磁阀，所述第三气管的另一端连接所述第一气压传感器；所述第四气管的一端和所述第五气管的一端分别连接所述第二电磁阀；所述第四气管的另一端连接所述浮空器囊体；所述第六气管的一端连接所述第二电磁阀，所述第六气管的另一端连接所述第二气压传感器；所述数据处理模块通过所述数据线与所述第一气压传感器和第二气压传感器连接；

该方法包括如下步骤：

步骤B1：所述第一电磁阀和所述第二电磁阀都不通电，所述第一气压传感器和所述第二气压传感器分别测得囊体内的气体压强；

步骤B2：所述数据处理模块在第一时刻对步骤B1中的测量值进行采集、运算并存储；

步骤B3：所述数据处理模块对步骤B2中存储的测量值进行处理，得到误差差数据；

步骤B4：保持所述第一电磁阀断电，所述第二电磁阀通电，所述第一气压传感器测得囊体内气体压强，所述第二气压传感器测得对囊体外的气体压强；

步骤B5：所述数据处理模块在第二时刻对步骤B4中的测量值进行采集、运算并存储；

步骤B6：所述数据模块对步骤B5中存储的测量值以及步骤B3中得到的误差差数据进行运算，得到同一时刻囊体内外的压差。

说明书

压差测量装置及方法

技术领域

[0001] 本发明属于压差测量技术领域，具体涉及系留气球、飞艇等浮空器囊体内外压差的测量。

背景技术

[0002] 浮空器包括飞艇和系留气球，属于轻于空气的航空飞行器，其基本原理是在软式、半软式或硬式囊体内充入氦气，产生浮力以克服自身重量实现在平流层至近地上空范围内的机动飞行或者定点滞空。囊体是浮空器的一个重要组件。在复杂多变的外界环境中，需要对囊体内部压力进行严格的控制，才能保证浮空器在恶劣的自然环境下保持良好的气动外形，从而确保其工作的正常进行。要实现对浮空器囊体内部压力的严格控制，需要获得囊体内外压差，通过压差值指示正确调整阀门等压力调节装置。针对囊体内外压差的获取，传统的方式是在囊体上安装差压传感器，利用差压传感器直接测量并采集囊体内外压差值。这种方法虽然简便直接，但是在对囊体压差测量时，却存在某种程度上的不适应性。浮空器工作环境复杂多变，这种多变的环境对于差压传感器的影响是无法忽略的，将会造成测量误差过大或者超出可接受范围。

发明内容

[0003] (一)要解决的技术问题

[0004] 本发明的目的在于提供一种压差测量装置和方法，以解决传统差压测量装置在对浮空器囊体内外压差进行测量时出现的不适应，同时能满足特殊工作环境下的实时性需求。

[0005] (二)技术方案

[0006] 为解决上述的技术问题，本发明提供一种基于电磁阀控制的压差测量装置和方法，该装置包括电磁阀，气压传感器，第一气管，第二气管，第三气管，数据处理模块以及数据线；所述第一气管的一端、第二气管的一端和第三气管的一端分别连接所述电磁阀；所述第一气管的另一端连接囊体，所述第三气管的另一端连接所述气压传感器；所述数据处理模块通过所述数据线与所述气压传感器连接。

[0007] 该方法包括如下步骤：

[0008] 步骤A1：所述电磁阀不通电，所述气压传感器测得囊体内气体压强；

[0009] 步骤A2：所述数据处理模块对步骤A1中的测量值进行采集、运算并存储；

[0010] 步骤A3：所述电磁阀通电，所述气压传感器测得囊体外气体压强；

[0011] 步骤A4：所述数据处理模块对步骤A3中的测量值进行采集、运算并存储；

[0012] 步骤A5：所述数据处理模块对步骤A2和步骤A4中采集、运算并存储的测量值进行处理。

[0013] 本发明还提供一种基于电磁阀控制的实时性压差测量装置和方法，该装置包括第一电磁阀，第二电磁阀，第一气压传感器，第二气压传感器，第一气管、第二气管、第三气管、第四气管、第五气管、第六气管，以及数据处理模块和数据线；所述第一气管的一端和所述第二气管的一端分别连接所述第一电磁阀；所述第一气管的另一端连接囊体；所述第三气管的一端连接所述第一电磁阀，所述第三气管的另一端连接所述第一气压传感器；所述第四气管的一端和所述第五气管的一端分别连接所述第二电磁阀；所述第四气管的另一端连接所述囊体；所述第六气管的一端连接所述第二电磁阀，所述第六气管的另一端连接所述第二气压传感器；所述数据处理模块通过所述数据线与所述第一气压传感器和第二气压传感器连接。

[0014] 该方法包括如下步骤：

[0015] 步骤B1：所述第一电磁阀和所述第二电磁阀都不通电，所述第一气压传感器和所述第二气压传感器分别测得囊体内的气体压强；

[0016] 步骤B2：所述数据处理模块在第一时刻对步骤B1中的测量值进行采集、运算并存储；

[0017] 步骤B3：所述数据处理模块对步骤B2中存储的测量值进行处理，得到误差差数据；

[0018] 步骤B4：保持所述第一电磁阀断电，所述第二电磁阀通电，所述第一气压传感器测得囊体内气体压强，所述第二气压传感器测得对囊体外的气体压强；

[0019] 步骤B5：所述数据处理模块在第二时刻对步骤B4中的测量值进行采集、运算并存储；

[0020] 步骤B6：所述数据模块步骤B5中存储的测量值以及步骤B3中得到的误差差数据进行运算，得到同一时刻囊体内外的压差。

[0021] (三)有益效果

[0022] 本发明利用数据处理模块对测量值做差分处理，有效克服了因零点漂移所带来的测量误差，跳过了在每次测量前对气压传感器的反复校准过程。选用电磁阀作为选通控制开关，控制选择气压传感器的测量主体，分别获取浮空器囊体内外气压值并利用数据处理模块做差分处理，有效克服因直接使用差压测量装置测量囊体内外压差值时所带来的不适应性。选用双气压传感器同时配合双电磁阀测量同一时刻囊体内外气压值，并利用零点漂移所带来的测量误差的差值，获取实时压差值，能满足特殊环境下对压差值的实时性需求。

附图说明

[0023] 图1是根据本发明的一种基于电磁阀控制的压差测量装置示意图；

[0024] 图2是根据本发明的另一种基于电磁阀控制的实时性压差测量装置示意图。

具体实施方式

[0025] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

[0026] 图1是根据本发明的一种基于电磁阀控制的压差测量装置示意图。

[0027] 如图1所示，本发明的一个具体实施例公开了一种基于电磁阀控制的压差测量装置，该装置包括电磁阀11，气压传感器12，第一气管111、第二气管112、第三气管113，数据处理模块13以及数据线14。所述第一气管的一端、第二气管的一端和第三气管的一端分别连接所述电磁阀，所述第一气管的另一端连接囊体(即被测主体)；所述第三气管的一端连接所述电磁阀，所述第三气管的另一端连接所述气压传感器；所述数据处理模块通过所述数据线与所述气压传感器连接。

[0028] 电磁阀11为气动电磁换向阀，该电磁阀是气动控制系统中最主要的控制元件之一。其工作原理为：利用电磁力来获得轴向力，使阀芯迅速移动来改变流体介质的流动方向。本发明中的电磁阀11具体执行选通功能。

[0029] 优选地，数据处理模块为计算机。

[0030] 此外，本发明公开了一种压差测量方法，其包括以下步骤：

[0031] 首先，利用电磁阀11的选通特性，分别对囊体内外的气体压强进行测量。当电磁阀11不通电时，气压传感器12通过第三气管113与第一气管111相通，气压传感器12测得囊体内气体压强，数据处理模块13对此时的气压传感器测量值进行采集、运算并存储；当电磁阀
11通电时，第一气管111被电磁阀11的阀芯阻隔，气压传感器12通过第三气管113与第二气管112相通，气压传感器测得囊体外气体压强，数据处理模块13再次对此时的气压传感器测量值进行采集、运算并存储。

[0032] 然后，数据处理模块对两次测量得到的气压值进行处理。一般地，在利用气压传感器测量之前，需要对该气压传感器进行校准，以避免因基点漂移所带来的测量误差。关于基点漂移，一般可分为平移、斜率改变、不规则变化等。在此处，仅平移(也称为零点漂移)会给测量值带来较为显著的影响，因此需重点考虑。零点漂移具体表现为气压传感器检定曲线的平移，导致零点处位置的移动，由此可知，其给不同测量值所带来的误差是一个大概的值(在一个很小的范围内波动，可估算)，运用具体算法可消减。

[0033] 利用气压传感器的这一静态特性，本发明提出了一种对所获得的气压值进行处理的方法，具体为：

[0034] PI＝P′I+Δp                      (1)

[0035] PO＝P′O+Δp                      (2)

[0036] 其中，PI，PO分别为囊体内气体压强的真实值和囊体外气体压强的真实值，P′I，P′O分别为囊体内气体压强的测量值和囊体外气体压强的测量值，Δp为由零点漂移误差所带来的测量误差。将表达式(1)减去表达式(2)得出：

[0037] PI-PO＝P′I-P′O           (3)

[0038] 由表达式(3)式可知，数据处理模块只需对两次得到的测量值进行做差处理，无需对气压传感器进行校准，即可消减零点漂移所带来的测量误差，从而获得精确的气压差值。上述结构虽然能够克服针对囊体内外压差测量的不适应性，但是也存在另一个缺点，即不能得出囊体内外的实时压差值。在某些特殊工作环境下，需要对囊体内外的压差进行实时严密的控制，来精确调整囊体的气动外形，这将对压差值的实时性提出很高的要求。

[0039] 为解决实时性的问题，以满足特殊工作环境的需求，在上述具体实施例的基础上，本发明公开了一种基于电磁阀控制的实时差分压差测量装置，该装置对基于电磁阀控制的压差测量装置在结构上进行了扩展。

[0040] 图2是根据本发明的另一种基于电磁阀控制的实时性压差测量装置示意图。如图2所示，该装置包括第一电磁阀21，第二电磁阀22，第一气压传感器23，第二气压传感器24，第一气管211、第二气管212、第三气管213、第四气管221、第五气管222、第六气管223以及数据处理模块25和数据线26。所述第一气管的一端和所述第二气管的一端分别连接所述第一电磁阀，所述第一气管的另一端与囊体(即被测主体)连接；所述第三气管的一端连接所述第一电磁阀，所述第三气管的另一端连接所述第一气压传感器；所述第四气管的一端和所述第五气管的一端分别连接所述第二电磁阀，所述第四气管的另一端与所述囊体连接(即被测主体)；所述第六气管的一端连接所述第二电磁阀，所述第六气管的另一端连接所述第二气压传感器；所述数据处理模块通过所述数据线与所述第一气压传感器和第二气压传感器连接。

[0041] 优选地，数据处理模块为计算机。

[0042] 采用双电磁阀控制，并配合双气压传感器进行测量，可满足对压差值的实时性需求。

[0043] 为此，本发明公开了一种压差测量方法，其包括以下步骤：

[0044] 首先，利用第一电磁阀和第二电磁阀的选通特性，并配合第一气压传感器和第二气压传感器测得同一时刻t1时的囊体内气体压强。当第一电磁阀21和第二电磁阀22均不通电时，第一气压传感器23通过第三气管213与第一气管211相通，第二气压传感器24通过第六气管223与第四气管221相通，在同一时刻t1，利用数据处理模块25采集、运算并存储该时刻第一气压传感器23和第二气压传感器24对囊体内气体压强的测量值，具体表达式如下：

[0045]

[0046]

[0047] 其中， 为t1时刻囊体内气体压强的真实值， 分别为用第一气压传感器和第二气压传感器测得的囊体内气体压强值，Δp1，Δp2分别为第一气压传感器和第二气压传感器的零点漂移所带来的测量误差。用表达式(4)减去表达式(5)得出：

[0048]

[0049] 由表达式(6)式可知，将数据处理模块采集运算得到的同一时刻t1时的囊体内气压的两个测量值相减并取负值，即可得到第一气压传感器和第二气压传感器因零点漂移所带来的测量误差之差。数据处理模块将该误差差值存储，留待后面运算使用。

[0050] 然后，再次利用上述两个电磁阀的选通特性，使用两个气压传感器测得同一时刻t2时的囊体内外气体压强值。具体为：

[0051] 继续保持第一电磁阀21的断电状态，对第二电磁阀22通电，此时第一气压传感器23仍通过第三气管213与第一气管211相通，第二气压传感器24通过第六气管223与第五气管222相通，在t2时刻，利用数据采集模块采集、运算并存储该时刻的第一气压传感器23对囊体内气体压强的测量值和第二气压传感器24对囊体外气体压强的测量值。具体表达式如下：

[0052]

[0053]

[0054] 表达式(7)和(8)中， 分别为t2时刻囊体内气体压强的真实值和囊体外气体压强的真实值， 分别为t2时刻第一气压传感器测得的囊体内气体压强值和第二气压传感器测得的囊体外气体压强值，Δp1，Δp2分别为第一气压传感器和第二气压传感器的零点漂移所带来的测量误差。由表达式(7)减去表达式(8)得出：

[0055]

[0056] 由此可知，使用数据处理模块执行以下操作，将t2时刻利用第一气压传感器测得的囊体内气体压强值减去利用第二气压传感器测得的囊体外气体压强值，之后，再减去之前保存在数据处理模块内的两个气压传感器的误差差值，从而得到同一时刻浮空器囊体内外气压差。

[0057] 通过对基于电磁阀控制的压差测量装置进行结构扩展，利用电磁阀的选通特性，配合使用双气压传感器，在同一时刻测量囊体内外气体压强值，从而获取实时压差的方案简便可行，且操作简单。

[0058] 上述两种实施方法，均为单次测量的实施方法。在实际中，根据具体环境，一般会通过多次操作(即多次执行上述方法)来获取测量数据(即囊体内外压差值)，最后，再通过一定的处理算法得到更加较为精确的气压差值。

[0059] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。