(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210810318.0 (22)申请日 2022.07.11 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市御道街2 9号 (72)发明人 钱宁　张新鹏　傅玉灿　张靖周　 徐九华　赵彪　丁文锋　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 曹翠珍 (51)Int.Cl. G01N 25/20(2006.01) G01N 25/18(2006.01) G01M 99/00(2011.01) G01D 21/02(2006.01) H04W 4/38(2018.01) (54)发明名称 一种旋转振荡热管传热多物理场测试装置 及其操作方法 (57)摘要 本发明涉及一种旋转振荡热管传热多物理 场测试装置及其操作方法， 用于实现旋转振荡热 管运行过程中的多物理场监测。 通过磁耦合谐振 无线供电系统和加热元件， 为振 荡热管的蒸发端 提供稳定可控的热载荷， 采用热电偶， 压力探头 等传感器探测旋转振荡热管的温度， 内部压力等 多元物理信息， 通过跟随振荡热管旋转的信号处 理模块和微控制器实现信号的处理和转化， 并以 无线通讯的方式将数据发送至PC端的数据采集 系统。 由于本发 明的装置中的旋转部分与外部环 境不存在物理接触， 可降低设备磨损， 减轻信号 干扰， 实现旋转振荡热管内部的温度、 压力分布 和传热性能等多元物理场稳定可靠采集。 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 CN 115308254 A 2022.11.08 CN 115308254 A 1.一种旋转振荡热管传热多物理场测试装置， 其特征在于： 包括:无线供电系统， 数据 传输系统， 旋转端信号采集系统， P C端的数据采集系统， 以及主轴转接头， 振荡热管支架， 振 荡热管， 盖板； 部分无线供电系统的组件安装于非金属外壳 （8） 中； 上述非金属外壳、 振荡热管支架 （9） 通过主轴转接头 （5） 安装至旋转轴 （1） 构成旋转部 分， 旋转振荡 热管 （10） 通过盖 板 （12） 安装于振荡 热管支架 （9） ； 无线供电系统为磁耦合谐振无线供电系统， 通过磁耦合谐振无线供电系统为振荡热管 加热元件供电， 实现振荡热管热载荷的热加载； 其静止端电路 （2） 安装于测试装置的旋转轴 （1） 上， 并通过导线连接直流电源 （13） ； 无线供电系统的旋转端电路 （4） 连接振荡热管的加 热元件； 安装在振荡热管上的传感器接入基于微控制器 （6） 的旋转端信号采集系统， 无线通讯 模块系统通过数据线从微控制器 （6） 获取信息， 通过射频通讯将数据发送至PC端的数据采 集系统 （14） 。 2.根据权利要求1所述的旋转振荡热管传热多物理场测试装置， 其特征在于： 所述的无 线供电系统分为三部分： 静止端电路 （2） ， 谐振线圈 （3） 和接收端电路 （4） ， 无线供电系统的 输入功率由直流电源 （13） 提供， 电源的直流输出经过发射端电路 （2） 的转换， 形成满足磁耦 合谐振系统工作要求的高频电流， 输出到由发射端电路 （2） 中的补偿电路和谐振线圈 （3） 构 成的谐振回路， 激发接收端谐振回路发生磁耦合谐振， 产生高频 交变电流， 经过接收端电路 （4） 的调理后， 形成直 流输出为振荡 热管的加热 元件供电； 无线供电系统的旋转端电路 （4） 、 微控制器 （6） 、 无线通讯模块 （17） 和信号处理电路 （18） 均安装于非金属外壳 （8） 中。 3.根据权利要求1所述的旋转振荡热管传热多物理场测试装置， 其特征在于： 旋转端信 号采集系统由传感器， 信号处理模块 （18） ， 微控制器 （6） 以及无线通讯模块 （17） 构成， 根据 传感器输出的电压信号的分度和微控制器 （6） 的模拟量输入范围， 按照式 （1） 调整信号处理 模块 （18） 的参数：                           （1） 式中Gain为信号处理模块的增 益，Vi为微控制 器的识别精度， Vc为传感器的分度值； 信 号处理模块的补偿则根据试验环境和传感器 类型通过 标定获得。 4.根据权利要求3所述的旋转振荡热管传热多物理场测试装置， 其特征在于： 经过信号 处理模块 （18） 处理后的信号读入微控制器 （6） ， 微控制器 （6） 通过算法完成数据转化后， 对 获得的数据进行打包， 再通过SPI将打包好的数据传输至无线通讯模块进行传输； 通过式 （2） 计算旋转端信号采集系统的极限采样频率， 并将结果反馈至PC端的数据采集系统 （14） 的操作界面;                        （2） 式中，f为信号采集系统的极限采样频率， n为传感器个数， td为微控制器的单次采样耗 时，bit为数据包的总字节数， B为波特率。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115308254 A 25.根据权利要求4所述的旋转振荡热管传热多物 理场测试装置， 其特征在于： PC端的数 据采集系统 （14） 通过串口协议与信号接收端电路 （15） 建立通讯， 信号接收端电路将从旋转 端信号采集系统接收到的数据包传输至P C端的数据采集系统， P C端的数据采集系统对数据 包进行解码， 实现传感器信息的实时显示和存储； 另外， 在P C端的数据采集系统中还可通过 信号接收端电路 （15） 中的无线通讯模块对旋转端信号采集系统下达指令， 进行采样频率， 偏置值， 数据通道等 参数设置 。 6.权利要求1所述的旋转振荡热管传热多物 理场测试装置的操作方法， 其特征在于， 包 括以下步骤: 步骤1： 按照试验需求制作振荡热管腔体， 利用真空泵抽真空并按照设定的充液率注入 工质， 封口， 制成满足试验需求的振荡热管； 为振荡热管喷涂绝缘漆， 蒸发端缠绕加热丝 （19） ， 布置传感器， 使用绝热材料包裹其蒸发端(10 ‑1)和绝热端(10 ‑2)后， 装入振 荡热管支 架(9)， 使用螺钉压紧盖 板(12)， 实现振荡 热管的固定； 步骤2： 将无线供电系统的静止端电路 （2） 连接直流电源 （13） ， 无线供电模块旋转端电 路 （4） 的输出连接旋转振 荡热管的加热丝 （19） ， 将传感器的输出连接旋转端信号采集系统， 信号采集系统接收端 （15） 连接PC端的数据采集系统 （14） ， 通过动平衡环 （7） 调整动平衡， 然 后将主轴转接 头 （5） 连接 旋转轴 （1） ； 步骤3： 为旋转轴 （1） 设置试验转速， 开启信号采集系统和冷风射流管路 （16） ， 启动 旋转 轴， 打开直流电源 （13） ， 为旋转振 荡热管的加热丝提供满足试验需求的功 率， 开启PC端的数 据采集系统 （14） ， 完成信号采集系统中采样频率， 偏置值， 数据通道的相关设置， 在振荡热 管的冷凝端实施冷却； 记录振荡热管的信息， 该信息包括但 不限于温度和压力， 通过数据处 理获得该物理和操作参数 下的振荡 热管 （10） 的传热性能。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115308254 A 3