CN108088650A - 一种气动钉枪内部流场piv实验测量系统 - Google Patents
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Abstract
一种气动钉枪内部流场PIV实验测量系统，设计并改进气动钉枪的结构，在最低限度影响其气动性能的前提下，更好地满足PIV实验测量的要求。该实验测量系统设计制作了一套适合气动钉枪用于实验测量的固定装置和自动打钉装置，并能在不同打钉频率下研究气动钉枪的气动性能，改进PIV系统中原有的激光器和CCD相机间同步控制系统，实现打钉触发和激光器、CCD相机三者的同步控制，由各个组成部分搭建而成的能实现PIV设备用于测量气动钉枪内部流场的整套实验系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种气动钉枪内部流场PIV实验测量系统，适用于机械领域。
背景技术
气动钉枪内部气体的流动情况对于气动钉枪性能的影响至关重要。传统的实验方法由于受测量精度、模型尺寸、实验周期等问题的局限，对气动钉枪内部复杂流场分析研究很难实现，只能依靠数值方法进行模拟分析。随着粒子图像测速技术(PIV)的成熟和发展，对气动钉枪内部流场进行准确可靠的实验研究成为可能。示踪粒子颗粒通过发生器随着高压气体进入气动钉枪并均匀撒布在内部流场中，用脉冲激光片光源照射被测流场区域，同时在与激光片光垂直方向通过成像系统在极短时间内连续两次或多次曝光得到粒子图像，运用相关性算法分析粒子图像，获得每一小区域中粒子图像的平均位移，进而算出被测区域流场速度分布。
运用PIV测量技术研究气动钉枪内部流场的过程中，气动钉枪结构的改进和一些辅助装置的设计对于实验测量研究来说至关重要。
发明内容
本发明提出了一种气动钉枪内部流场PIV实验测量系统，设计并改进气动钉枪的结构，在最低限度影响其气动性能的前提下，更好地满足PIV实验测量的要求。
本发明所采用的技术方案是：
所述实验测量系统通过调整信号发生器输出的脉冲信号的频率，就可以控制电磁铁的通电频率，从而实现打钉频率和触发时间的控制。
所述整个PIV系统的控制中心是同步控制系统，用于图像的捕捉、激光脉冲的时序和间隔数量的控制以及实现外部触发等。
所述同步控制系统把用于控制自动打钉装置打钉频率的信号发生器产生的脉冲信号输入到同步器，通过计算机内的程序软件设定拍摄模式为外触发，同步器接到触发信号后，计算机里面的控制程序能同时控制激光器和CCD相机实现同步拍摄，这样就能实现在每次自动打钉装置开始打钉的同时，保证PIV系统进行连续拍摄。
本发明的有益效果是：该实验测量系统设计制作了一套适合气动钉枪用于实验测量的固定装置和自动打钉装置，并能在不同打钉频率下研究气动钉枪的气动性能，改进PIV系统中原有的激光器和CCD相机间同步控制系统，实现打钉触发和激光器、CCD相机三者的同步控制，由各个组成部分搭建而成的能实现PIV设备用于测量气动钉枪内部流场的整套实验系统。
附图说明
图1是本发明的自动打钉装置打钉频率控制电路示意图。
图2是本发明的同步拉制系统方案设计的示意图。
图中：1.信号发生器；2.场效应管；3.直流电源；4.电磁铁；5.输出信号。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，气动钉枪具有风道截面小、结构复杂、气压高、枪体壁面薄等特点，在结构改进的设计过程中要综合考虑光路、视窗、测量区域等核心问题。气动钉枪结构的合理设计是成功测量气动钉枪内部流场的关键所在。
气动钉枪PIV视窗位置的选择，不仅要有代表性能反映内部流场特性，而且要符合PIV设备的测量特点。由气动钉枪流道结构和工作原理的分析可知，平衡阀、外气室、阻尼孔以及通风槽等部件附近空间的流场变化比较重要。考虑到气动钉枪内部空间狭小和可拍摄性，选择3处内部空间相对较大的关键部位—平衡阀下侧空间(A处)、阻尼孔附近空间(B处)、通气槽附近空间(C处)，在被测位置相互垂直的两侧分别加工用于激光器照射的激光孔和用于CCD相机内窥镜拍摄的内窥镜孔。
由于气动钉枪正常工作时冲击力比较大，在打钉过程中枪体振动强烈，甚至产生一定的位移，这就使得在测量时，PIV测量设备和气动钉枪之间不能有效稳定地对齐，直接影响测量结果，因此需要设计一个固定装置，以减少气动钉枪在打钉过程中的振动，不产生明显的位移。固定装置在实现上述功能的同时，在结构上不能阻挡测量设备和被测枪体之间的空间。
气动钉枪自动打钉装置的设计不仅要满足扣动扳机的要求，而且能方便实现和激光发生器以及CCU相机同步的功能。此外，自动打钉装置最好还可以控制扣动扳机的频率，便于进一步研究不同打钉频率和触发时间下气动钉枪的内部流场状态。综合考虑上述各项因素，实验采用适合的电磁铁进行改装作为气动钉枪的自动打钉装置来使用。
电磁铁是线圈通电后对铁磁物质产生吸力，引起铁磁物质机械运动，把电能转换为机械能的一种电磁元件。已知气动钉枪扣动扳机所需的力为15N左右，扳机的行程约10mm。实验中自动打钉装置所需的扣动扳机力不大，并且保持比较稳定的、可以控制的打钉频率，因此直流电磁铁更容易满足实验的要求。再考虑到电磁铁作为自动打钉装置所处的空间位置，最终选用吸入式结构的直流电磁铁来作为自动打钉装置。
确定吸入式直流电磁铁作为自动打钉装置后，通过控制直流电源和电磁铁之间的通电频率，来实现控制自动打钉装置的打钉频率和触发时间。在电源和电磁铁的电路中间接入信号发生器和场效应管，由信号发生器产生一定频率的信号控制场效应管的开与关，从而实现控制整个电路通电频率的功能。
本实验采用绝缘栅型场效应管，信号发生器接入场效应管的G极和S极，直流电源和电磁铁接入场效应管的D极和S极。
如图2，同步控制系统是整个PIV系统的控制中心，用于图像的捕捉、激光脉冲的时序和间隔数量的控制以及实现外部触发等。实验同步方案的设计除了实现上述功能外，主要是用来控制PIV系统激光器、CCD相机和自动打钉装置的同步。
把用于控制自动打钉装置打钉频率的信号发生器产生的脉冲信号输入到同步器，通过计算机内的程序软件设定拍摄模式为外触发。同步器接到触发信号后，计算机里面的控制程序能同时控制激光器和CCD相机实现同步拍摄。这样就能实现在每次自动打钉装置开始打钉的同时，保证PIV系统进行连续拍摄。
整个实验测量系统的核心是由气动钉枪和PIV测量系统所构成，此外再加上气动钉枪固定装置、气动钉枪自动打钉装置以及同步控制系统共同组成了本实验的测量系统。测量系统由信号发生器产生一定频率的脉冲信号开始，经控制电路触发由电磁铁构成的自动打钉装置扣动气动钉枪开始打钉实验。同时，信号通过另一线路输入到同步器，通过计算机内部的控制程序控制激光器和CCD相机进行同步拍摄。数据采集设备把CCD相机拍摄到的图像数据传输到计算机上，通过PIV系统自带的图像数据处理软件进行图片数据的分析处理，获取被测区域的流场信息。
Claims (3)
1.一种气动钉枪内部流场PIV实验测量系统，其特征是：所述实验测量系统通过调整信号发生器输出的脉冲信号的频率，就可以控制电磁铁的通电频率，从而实现打钉频率和触发时间的控制。
2.根据权利要求1所述的一种气动钉枪内部流场PIV实验测量系统，其特征是：所述整个PIV系统的控制中心是同步控制系统，用于图像的捕捉、激光脉冲的时序和间隔数量的控制以及实现外部触发等。
3.根据权利要求1所述的一种气动钉枪内部流场PIV实验测量系统，其特征是：所述同步控制系统把用于控制自动打钉装置打钉频率的信号发生器产生的脉冲信号输入到同步器，通过计算机内的程序软件设定拍摄模式为外触发，同步器接到触发信号后，计算机里面的控制程序能同时控制激光器和CCD相机实现同步拍摄，这样就能实现在每次自动打钉装置开始打钉的同时，保证PIV系统进行连续拍摄。
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| CN201611038645.XA CN108088650A (zh) | 2016-11-23 | 2016-11-23 | 一种气动钉枪内部流场piv实验测量系统 |
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Publications (1)
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| CN (1) | CN108088650A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109946478A (zh) * | 2019-03-24 | 2019-06-28 | 北京工业大学 | 一种针对空气静压主轴内部气体流速的检测系统 |
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2016
- 2016-11-23 CN CN201611038645.XA patent/CN108088650A/zh active Pending
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