CN107131946B - 反射信号增强片及热噪声环境下的振动响应测量试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及热振动试验技术领域，尤其涉及一种耐高温反射信号增强片及热噪声环境下的振动响应测量试验方法，包括耐高温胶层和反射层，反射层由石英玻璃微珠紧密排列组成，耐高温胶层的一侧与试验件表面连接，另一侧与反射层的下表面粘接。本发明利用回归反射原理实现激光测振仪激光回射信号的增强效果，进而提高其测量精度，耐高温胶层可以直接粘贴在受热结构表面，本发明可以应用于1000℃热环境试验中，其反射效果与现有的常温反光膜相当，因此本发明克服了在高温环境下激光测振仪反射信号差导致测量精度低的难题，能够有效的完成热环境下的动响应测量，获得受热结构在高温下的动力学特性，为受热结构在气动热作用下的载荷设计提供科学的依据。
Description
技术领域
本发明涉及热振动试验技术领域，尤其涉及一种耐高温反射信号增强片及热噪声环境下的振动响应测量试验方法。
背景技术
随着高速飞行器飞行的马赫数越来越高，其关键结构的温度在气动热作用下升高幅度很大，为了研究受热结构在高温下的动力学特性，必须进行受热结构在高温环境下的热振、热模态等力学环境试验，其结构的热振动响应测量可以采用接触式耐高温传感器或非接触式激光测振仪实现，但是经过国内外资料及市场调研，在当前传感器研制技术水平条件，接触式耐高温传感器的最高使用温度为760℃，因此在热环境温度小于760℃的热振动试验中可以采用耐高温传感器进行振动响应测量。当温度超过760℃时，只能采用非接触式激光测振技术进行测量，非接触式激光测振技术主要依靠激光多普勒效应，通过收集被测物体表面散射回的激光，经干涉获得物体表面的振动速度信号或位移信号，振动结构表面散射回的激光信号强弱直接影响到振动信号的信噪比及测量精度，因此高温环境(大于760℃)下增强振动结构表面对激光信号的散射效果是亟需解决的一项难题。经查阅国内外相关专利和资料，关于激光信号反射膜研制及使用的资料较多，但是这些资料都是针对道路标识或标线的使用介绍，这些反光膜的耐受温度均小于200℃，没有与耐高温激光信号增强装置相关的专利及文献资料。由于热振动或热模态试验的难度较大，国内外进行的此类试验并不多，温度达到，760℃以上的更少，在已采用激光测振仪进行响应测量的热试验中试验件表面并未采取任务激光信号增强措施，某些试验中其测试效果确实也较差。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决在现有的高温热振动试验中，试验件表面受高温影响激光反射信号较弱，影响激光测振仪测量精度的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种反射信号增强片，包括耐高温胶层和反射层，所述反射层由石英玻璃微珠紧密排列组成，所述耐高温胶层的外表面与所述反射层的内表面粘接，所述耐高温胶层的内表面用于与试验件表面粘接。
其中，所述耐高温胶层的厚度为0.1mm。
其中，所述耐高温胶层为单剂或双剂组成。
其中，所述耐高温胶层的耐受温度为1300℃。
其中，所述石英玻璃微珠的成分中SiO2大于或等于90％，直径为20～80μm，折射率大于1.93，成圆率大于90％，软化温度大于1500℃，莫氏硬度大于7.0。
本发明还提供了一种热噪声环境下的振动响应测量试验方法，包括以下步骤：
(1)在试验件表面制耐高温反射信号增强片
S1，对试验件表面的测点位置处进行预处理；
S2，在试验件表面的测点处涂抹耐高温胶层；
S3，将石英玻璃微珠喷涂在耐高温胶层的表面形成反射层；
S4，对耐高温胶层进行室温固化；
S5，对耐高温胶层进行加温固化；
(2)在热噪声环境下对试验件进行振动响应测量
S6，将试验件安装于行波管一侧，并安装加热器及噪声发生器；
S7，将激光测振仪摆放在行波管一侧，并利用水平仪将其调节至水平状态；
S8，使激光测振仪发出的激光穿过加热器上的预留孔垂直照射在试验件表面的耐高温反射信号增强片上；
S9，控制加热器加温及噪声发生器施加噪声激励；
S10，耐高温反射信号增强片将激光信号反射回激光测振仪，通过干涉原理及多普勒效应获取结构表面的振动速度信号，通过其振动响应分析结构的动力学特性。
其中，步骤S1包括以下步骤：
S11，在试验件表面上标记测点处的位置；
S12，对测点处进行打磨；
S13，利用酒精棉将打磨后的测点处清理干净。
其中，步骤S5包括以下步骤：
S51，在100℃温度下固化30min；
S52，在200℃温度下固化30min；
S53，在200℃温度下固化30min。
其中，在步骤S4中，对耐高温胶层进行室温固化后，清扫掉未在耐高温胶层上粘牢的石英玻璃微珠。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明反射信号增强片为一种耐高温激光反射信号增强片，在高温环境下，反射层的石英玻璃微珠利用回归反射原理实现激光测振仪激光回射信号的增强效果，进而提高其测量精度，耐高温胶层可以直接粘贴在受热结构表面，本发明可以应用于1000℃热环境试验中，其反射效果与现有的常温反光膜相当，因此本发明克服了在高温环境下激光测振仪反射信号差导致测量精度低的难题，能够有效的完成热环境下的动响应测量，获得受热结构在高温下的动力学特性，为受热结构在气动热作用下的载荷设计提供科学的依据。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。
附图说明
图1是本发明实施例一耐高温反射信号增强片的结构示意图；
图2是本发明实施例一耐高温反射信号增强片的石英玻璃微珠的反射原理示意图；
图3是室温环境下试验件表面未粘贴耐高温反射信号增强片情况下通过激光测振仪获取的结构表面背景噪声信号；
图4是室温环境下试验件表面粘贴耐高温反射信号增强片情况下通过激光测振仪获取的结构表面背景噪声信号；
图5是高温环境下试验件表面未粘贴耐高温反射信号增强片情况下通过激光测振仪获取的结构表面背景噪声信号；
图6是高温环境下试验件表面粘贴耐高温反射信号增强片情况下通过激光测振仪获取的结构表面背景噪声信号。
图中：1：耐高温胶层；2：反射层；3：试验件；21：石英玻璃微珠。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
实施例一
如图1和图2所示，本发明实施例一提供的耐高温反射信号增强片，包括耐高温胶层1和反射层2，反射层1由石英玻璃微珠21紧密排列组成，耐高温胶层1的外表面与反射层2的内表面粘接，耐高温胶层1的内表面用于与试验件3表面粘接。
本发明反射信号增强片为一种耐高温激光反射信号增强片，在高温环境下，反射层的石英玻璃微珠利用回归反射原理实现激光测振仪激光回射信号的增强效果，进而提高其测量精度，耐高温胶层可以直接粘贴在受热结构表面，本发明可以应用于1000℃热环境试验中，其反射效果与现有的常温反光膜相当，因此本发明克服了在高温环境下激光测振仪反射信号差导致测量精度低的难题，能够有效的完成热环境下的动响应测量，获得受热结构在高温下的动力学特性，为受热结构在气动热作用下的载荷设计提供科学的依据。
具体的，耐高温胶层1的厚度为0.1mm。其中，耐高温胶层1为单剂或双剂组成。其中，耐高温胶层1的耐受温度不低于1300℃。试验中耐高温胶层需要加温固化以满足试验要求，其固化流程较为复杂，不同组成成分的耐高温胶层的固化过程也不相同。单剂可为HG-1粘剂，双剂可为HR8767C硅铝酸盐超高温胶粘剂等。
进一步的，石英玻璃微珠21的成分中SiO2大于或等于90％，直径为20～80μm，折射率大于1.93，成圆率大于90％，软化温度大于1500℃，莫氏硬度大于7.0。石英玻璃微珠的作用是利用回归反射原理将激光测振仪发出的测振光束同向反射回去，实现激光回射信号的增强效果，即不管光线从何处射来，石英玻璃微珠都能按相反的方向平行将光线反射回去，为了满足此要求，选用的石英玻璃微珠的成分中SiO2不低于90％，直径为20～80μm，折射率大于1.93，成圆率大于90％，软化温度超过1500℃，莫氏硬度大于7.0，成为耐冲击性强、耐化学腐蚀、表面圆滑洁净且透明石英玻璃微珠。
为了验证耐本发明耐高温反射信号增强片的使用效果，分别在室温(约20℃)和高温环境(1000℃)下进行了测试及分析，其散射效果好坏可以直接通过激光测振仪光学头自带的信号条数量(即信号条数越多表明散射效果越好，满信号为20个格，当信号格数小于5时则信噪比较差)或利用响应信号的信噪比来进行判断。
首先在室温状态下将制作好的反射信号增强片与市场上常见的常温反光膜对激光信号的散射效果进行测试及对比分析，然后再将制作好的反射信号增强片放置在烤炉内进行1000℃的加温，同时将激光穿过烤炉预留的观察口照射试验件表面，考核高温环境下的散射效果，其对比结果如下表所示。
从对比结果表可以看出：耐高温反射信号增强片对激光的散射效果可与市场上购买的常温反光膜相媲美，且在1000℃高温环境下的散射效果也相当好。图3与图4也显示室温环境下未粘贴本发明时背景噪声的响应信号最大为120e-6m/s，而粘贴本发明后最大值为38e-6m/s，仅为未粘贴状态的1/3。图5显示在1000℃高温环境下未粘贴耐本发明时响应信号还出现了信号跳变现象，据分析这主要是由于激光反射信号丢失或信号不稳定引起的，但是图6显示，粘贴本发明后的背景噪声响应小于100e-6m/s，且信号比较稳定，未出现信号跳变的现象。
实施例二
本发明实施例二提供了将耐高温反射信号增强片应用于C/C复合材料平板结构的热噪声环境下的振动响应测量试验方法，包括以下步骤：
(1)在试验件表面制耐高温反射信号增强片
S1，对试验件表面的测点位置处进行预处理，测点位置为激光测振的位置；
S2，在试验件表面的测点处涂抹耐高温胶层，耐高温胶层的厚度约0.1mm，胶层厚度不宜过厚；
S3，利用喷丸技术，采用带有压缩空气的喷枪将石英玻璃微珠喷涂在耐高温胶层的表面形成反射层；
S4，对耐高温胶层进行室温固化30min后，待耐高温胶层干燥后用软毛刷清扫掉未在耐高温胶层上粘牢的石英玻璃微珠；
S5，为了保证反射片在高温环境下的使用效果，将室温固化后耐高温胶层放置到烤炉内进行加温固化；
(2)在热噪声环境下对试验件进行振动响应测量
S6，将激光测振仪摆放在行波管一侧，并利用水平仪将其调节至水平状态；
S8，使激光测振仪发出的激光穿过加热器上的预留孔垂直照射在试验件表面的耐高温反射信号增强片上；
S9，控制加热器加温及噪声发生器施加噪声激励；
S10，耐高温反射信号增强片将激光信号反射回激光测振仪，通过干涉原理及多普勒效应获取结构表面的振动速度信号，通过其振动响应分析结构的动力学特性。
其中，步骤S1包括以下步骤：
S11，在试验件表面上标记测点处的位置；
S12，利用细砂纸对测点处进行简单的打磨，使其表面粗糙度满足耐高温胶的粘贴要求；
S13，利用酒精棉将打磨后的测点处清理干净。
其中，步骤S5包括以下步骤：
S51，在100℃温度下固化30min，
S52，在200℃温度下固化30min，
S53，在200℃温度下固化30min。
不同的耐高温胶其加温固化流程有较大差别。
实际试验过程中，在步骤10完成后，确认测量数据有效后关闭加热器及噪声发生器，待试验现场温度降至常温状态时进行试验各系统的拆解工作。本发明中试验件的材料通常为钛合金、C/C、C/SiC或其他成分的复合材料。
综上所述，本发明反射信号增强片及热噪声环境下的振动响应测量试验方法为一种耐高温激光反射信号增强片及试验方法，在高温环境下，反射层的石英玻璃微珠利用回归反射原理实现激光测振仪激光回射信号的增强效果，进而提高其测量精度，耐高温胶层可以直接粘贴在受热结构表面，本发明可以应用于1000℃热环境试验中，其反射效果与现有的常温反光膜相当，因此本发明克服了在高温环境下激光测振仪反射信号差导致测量精度低的难题，能够有效的完成热环境下的动响应测量，获得受热结构在高温下的动力学特性，为受热结构在气动热作用下的载荷设计提供科学的依据。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种热噪声环境下的振动响应测量试验方法，其特征在于：应用耐高温反射信号增强片，所述耐高温反射信号增强片包括耐高温胶层和反射层，所述反射层由石英玻璃微珠紧密排列组成，所述耐高温胶层的外表面与所述反射层的内表面粘接，所述耐高温胶层的内表面用于与试验件表面粘接，包括以下步骤：
(1)在试验件表面制耐高温反射信号增强片
S1，对试验件表面的测点位置处进行预处理；
S2，在试验件表面的测点处涂抹耐高温胶层；
S3，将石英玻璃微珠喷涂在耐高温胶层的表面形成反射层；
S4，对耐高温胶层进行室温固化；
S5，对耐高温胶层进行加温固化；
(2)在热噪声环境下对试验件进行振动响应测量
S6，将试验件安装于行波管一侧，并安装加热器及噪声发生器；
S7，将激光测振仪摆放在行波管一侧，并利用水平仪将其调节至水平状态；
S8，使激光测振仪发出的激光穿过加热器上的预留孔垂直照射在试验件表面的耐高温反射信号增强片上；
S9，控制加热器加温及噪声发生器施加噪声激励；
S10，耐高温反射信号增强片将激光信号反射回激光测振仪，通过干涉原理及多普勒效应获取结构表面的振动速度信号，通过其振动响应分析结构的动力学特性。
2.根据权利要求1所述的热噪声环境下的振动响应测量试验方法，其特征在于：
步骤S1包括以下步骤：
S11，在试验件表面上标记测点处的位置；
S12，对测点处进行打磨；
S13，利用酒精棉将打磨后的测点处清理干净。
3.根据权利要求1所述的热噪声环境下的振动响应测量试验方法，其特征在于：
步骤S5包括以下步骤：
S51，在100℃温度下固化30min；
S52，在200℃温度下固化30min；
S53，在200℃温度下固化30min。
4.根据权利要求1所述的热噪声环境下的振动响应测量试验方法，其特征在于：在步骤S4中，对耐高温胶层进行室温固化后，清扫掉未在耐高温胶层上粘牢的石英玻璃微珠。
5.根据权利要求1所述的热噪声环境下的振动响应测量试验方法，其特征在于：所述耐高温胶层的厚度为0.1mm。
6.根据权利要求5所述的热噪声环境下的振动响应测量试验方法，其特征在于：所述耐高温胶层为单剂或双剂组成。
7.根据权利要求1所述的热噪声环境下的振动响应测量试验方法，其特征在于：所述耐高温胶层的耐受温度不低于1300℃。
8.根据权利要求1所述的热噪声环境下的振动响应测量试验方法，其特征在于：所述石英玻璃微珠的成分中SiO2大于或等于90％，直径为20～80μm，折射率为1.93，成圆率大于90％，软化温度大于1500℃，莫氏硬度大于7.0。
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2017
- 2017-07-11 CN CN201710561227.7A patent/CN107131946B/zh active Active
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