CN102539393B - 激波法压敏涂料压力响应时间测量系统 - Google Patents

Abstract

激波法压敏涂料压力响应时间测量系统，包括激波发生器，试验用平板、动态压力传感器、UV闪光灯、CCD相机、滑杆、挡块、驱动电机、弹簧及减震装置组成。激波发生器装在试验用平板背面的滑杆上，并通过挡块固定在试验用平板顺气流方向前端的背面。在超声速风洞环境中利用激波法实现压敏涂料压力响应时间的测定，试验时驱动电机移去激波发生器前挡块，激波发生器在弹簧和气流作用下沿滑杆向气流下方移动，使激波扫过试验用平板表面的动态压力传感器和压敏涂料，以CCD相机获取测试图像。本发明能够简单、可靠的实现压敏涂料压力响应时间特性指标的测定。

Description

激波法压敏涂料压力响应时间测量系统

技术领域

本发明属于涉及压力敏感涂料（PSP-Pressure Sensitive Paint）性能测定技术装置，特别是涉及激波法压敏涂料压力响应时间测量系统。

背景技术

风洞压敏涂料试验技术是20世纪80年代发展起来的一种新型的风洞试验技术，它利用了氧分子对探针分子（压敏涂料中活性成份）的荧光猝灭效应，通过测定被激发的探针分子所发射荧光的寿命或强度来获得当地环境压力。由于它是一种“非介入式”的风洞试验技术，对流场干扰小、试验周期短、经济效益显著且具有广阔的扩展用途，因而受到了广泛关注。

压敏涂料是风洞压敏涂料试验技术的物质载体，它的性能直接关系到其适用范围及测量数据的精准度，其中压敏涂料各种性能指标中比较重要的有吸收光谱、发射光谱、光降解率、温度特性、压力灵敏度、适用的温度范围、对压力的响应时间特性等。

在压敏涂料的众多性能指标中压敏涂料压力响应时间特性关系到利用图像采集设备（CCD相机、光电倍增管等）采集数据（或图像）的时间点及其适用风洞试验的类型（定常试验、非定常试验）。对于对压力变化响应速度较慢的压敏涂料只能适用于定常状态下的压力测量试验，由于在非定常状态下，测试模型表面存在快速甚至高频的压力波动或变化，非定常压力测量试验必须使用能够对压力变化作出快速响应的快速压力响应压敏涂料。

每一种风洞试验用压敏涂料必须进行压力响应时间检测，以确定其响应时间特性，确定其适用范围，对于风洞非定常试验用压敏涂料，其响应时间特性更是其至关重要的指标之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题，提供一种能够实现压敏涂料压力响应时间测定的激波法压敏涂料压力响应时间测量系统。

采用的技术方案是：

激波法压敏涂料压力响应时间测量系统，包括激波发生器、实验用平板、动

态压力传感器、UV闪光灯、CCD相机、滑杆、挡块、驱动电机、弹簧及减震装置。所述的试验用平板上喷涂有待测试的压敏涂料，并布设有设定数量的动态压力传感器。所述滑杆、挡块、驱动电机、弹簧和减震装置布设在试验用平板背面，其中驱动电机输出轴连接挡块设在滑杆下方，弹簧设在滑杆上方，减震装置设在滑杆末端。

所述激波发生器装在滑杆上，通过挡块停留在试验用平板的顺气方向前端与弹簧抵顶。试验用平板安装在风洞的一侧壁板上，风洞另一侧壁板的光学窗口处安装有CCD相机以及UV闪光灯。

上述的激波发生器可在滑杆上滑动，并且通过滑动方式使其产生的激波扫过试验用平板。

上述的喷涂有待测试压敏涂料的试验用平板，其上布设有设定数量的动态压力传感器，用于分段计算激波扫过试验用平板表面的速度。

本发明的优点是：

1、系统中PSP技术与动态压力传感器技术试验数据采集简单、可靠；

2、方便了PSP技术非定常压力测量结果与定常测量结果的比较；

3、可以同时完成因气流脉动产生的非定常压力测量技术研究。

附图说明

图1是本发明的示意图。

图2是本发明的激波发生器安装示意图。

图3是本发明检测原理示意图。

具体实施方式

激波法压敏涂料压力响应时间测量系统，包括激波发生器1，用于喷涂压敏涂料的试件试验用平板2，用于检测激波扫过试验用平板的速度的元件动态压力传感器3，用于产生激励光的光源UV 闪光灯4，用于采集压敏涂料图像的设备CCD相机5，激波发生器运行轨道滑杆6，试验前用于阻挡激波发生器运动的构件挡块7，用于试验测试时移去激波发生器阻挡构件挡块的动力设备驱动电机8,使激波发生器产生初始速度的构件弹簧9，用于试验结束时减速激波发生器并使其停止运动的构件减震装置10。所述的试验用平板2上喷涂有待测试的压敏涂料，并布设有设定数量的动态压力传感器3。所述滑杆6、挡块7、驱动电机8、弹簧9和减震装置10布设在试验用平板2背面，其中驱动电机8输出轴连接挡块7设在滑杆6下

方，弹簧9设在滑杆6上方，减震装置10设在滑杆6末端。所述激波发生器1装在滑杆6上，通过挡块7停留在试验用平板2的顺气流方向前端并与弹簧9抵顶。试验用平板2安装在风洞的另一侧壁板11上，风洞另一侧壁板12的光学窗口处安装有CCD相机5以及UV闪光灯4，构成激波法压敏涂料压力响应时间测量系统。

首先，将激波法压敏涂料压力响应时间测量系统设备安装到风洞试验段内的试验区；

其次，运行风洞，控制其建立稳定的超声速流场，如M=2；

第三，控制驱动电机8，移去激波发生器前端的挡块7,激波发生器1在弹簧9和气流的作用下沿滑杆6向气流下方移动，激波发生器1产生的激波扫过试验用平板2表面的动态压力传感器3和压敏涂料，通过计算机系统控制UV闪光灯4和CCD相机5，在激波发生器1运动过程中获得试验用平板2测试区的图像；

最后，分析CCD相机获得的被测压敏涂料受激荧光图像，获得试验用平板2表面压敏涂料荧光强度波前区到波后区的过渡段长度，并确定过渡段所在的两个动态压力传感器3的区间，分析两个相应动态压力传感器3的压力波动数据（激波扫过引起的压力波动）得到激波在这个区间的速度，进而确定激波通过压敏涂料图像中荧光强度过渡段所耗费的时间，这个时间就是被测压敏涂料的压力响应时间。

激波法压敏涂料压力响应时间测量系统的原理是：

当风洞中建立稳定的超声速流场后，处在流场中的突出物（此处为激波发生器）前端将产生激波，这个激波前流场的压力和激波后流场的压力不同，即相当于存在一个阶跃式的压力变化，当激波发生器在流场中运动时，其产生的激波将跟随激波发生器在流场中扫过，在激波扫过的流场区域设置一个测试用平板，测试平板表面喷涂被测压敏涂料，并设置感受激波造成的压力波动的动态压力传感器。通过CCD相机获取激波发生器运动过程中测试平板表面的压敏涂料荧光图像，通过分析压敏涂料图像可以得到波前荧光强度向波后荧光强度过渡的过渡段（长度为s），分析动态压力传感器数据能够获得激波在流场中的运动速度v，从而能够确定激波扫过压敏涂料荧光强度图像中荧光强度过渡段所耗费的时间t（t=s/v），这个时间t就是被测压敏涂料压力响应时间，如图3所示。 

Claims (2)

1.激波法压敏涂料压力响应时间测量系统，包括激波发生器（1），试验用平板（2）、动态压力传感器（3）、UV闪光灯（4）、CCD相机（5）、滑杆（6）、挡块（7）、驱动电机（8）、弹簧（9）及减震装置（10），其特征在于所述的试验用平板（2）上喷涂有待测试的压敏涂料，并布设有设定数量的动态压力传感器（3），滑杆（6）、挡块（7）、驱动电机（8）、弹簧（9）和减震装置（10）布设在试验用平板（2）背面，其中驱动电机（8）输出轴连接挡块（7）设在滑杆（6）下方，弹簧（9）设在滑杆（6）上方，减震装置（10）设在滑杆（6）末端，激波发生器（1）装在滑杆（6）上，通过挡块（7）停留在试验用平板（2）的顺气流方向前端并与弹簧（9）抵顶，试验用平板（2）安装在风洞的一侧壁板（11）上，风洞另一侧壁板（12）的光学窗口处安装有CCD相机（5）以及UV闪光灯（4）；所述激波发生器（1）可在滑杆（6）上滑动，并且通过滑动方式使其产生的激波扫过试验用平板（2）。

2.根据权利要求1所述的激波法压敏涂料压力响应时间测量系统，其特征在于所述动态压力传感器（3）用于分段计算所述激波扫过所述试验用平板表面的速度。

Images