CN111157496A - 一种psp动态校准装置的压敏漆样片测试系统 - Google Patents

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赵维明
姜裕标
段丕轩
梁磊
左承林
杨强
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Abstract

本发明涉及飞行器表面测压技术领域，公开了一种PSP动态校准装置的压敏漆样片测试系统，包括有驱动段和低压段组成的激波管，激波管的低压段前端同轴连接有光学玻璃管，光学玻璃管前端为密封结构，光学玻璃管密封结构内侧安装有压敏漆样品；光学玻璃管一侧安装有LED灯管，光学玻璃管的的另一侧安装有光电倍增管，光电倍增管的输出端与示波器输入端电性连接。本发明通过LED灯管照射压敏漆样品使其处于激发状态，当激波管内的激波到达压敏漆样品表面时，在样品表面施加一个短暂持续的压力阶跃，压敏漆表面产生荧光信号，通过示波器观察随阶跃压力变化的压敏漆发射出的荧光信号的衰减时间来确定压敏漆的响应时间，可实现压敏漆的动态特性的标定。

Description

一种PSP动态校准装置的压敏漆样片测试系统
技术领域
本发明涉及飞行器表面测压技术领域，具体涉及一种PSP动态校准装置的压敏漆样片测试系统。
背景技术
压敏漆(PSP，Pressure Sensitive Paint)技术获取压力分布的非接触测量方法。PSP技术利用发光涂层分子在特定波长激发光照射下其荧光强度随压力变化的现象，将压力大小转化为光强信息后再进行图像处理，计算出模型表面压力分布，具有空间分辩高、不受模型结构限制、不破坏模型表面流场、可实现大面积压力分布测量等优点。
目前，PSP技术的应用已涵盖航空航天飞行器表面压力分布测量、直升机旋翼表面压力分布测量、航空发动机风扇/压气机叶片等部件表面压力分布测量、复杂流动机理研究等众多领域。在国外航空、航天领域的空气动力学研究与型号研制等一系列任务中，PSP技术已起着极其重要的关键技术支撑作用。针对具有复杂气动特性的模型非定常压力测量，如直升机旋翼表面压力分布测量以及湍流等非定常复杂流动中模型表面压力分布测量，快响PSP技术也发挥着极其重要的作用。
不同类型多孔压敏漆各有优缺点，再加上孔状结构的几何形状及其喷涂厚度分布存在一定的随机性，使得响应时间略有差异，动态测量前准确获得压敏漆响应时间十分必要。现有简单的动态校准方法采用电磁阀式动态标定装置，通过开关产生压力容器内部的压力阶跃测试PSP时间响应，但可靠性相对较低，受制于系统和电磁阀的开闭响应时间多在ms量级，无法满足更高频率的测量需求。
发明内容
基于以上问题，本发明提供一种PSP动态校准装置的压敏漆样片测试系统，通过LED灯管照射压敏漆样品使其处于激发状态，当激波管内的激波到达压敏漆样品表面时，在样品表面施加一个短暂持续的压力阶跃，压敏漆表面产生荧光信号，通过示波器观察随阶跃压力变化的压敏漆发射出的荧光信号的衰减时间来确定压敏漆的响应时间，可实现压敏漆的动态特性的标定。
为解决以上技术问题，本发明提供了一种PSP动态校准装置的压敏漆样片测试系统，包括激波管，激波管包括驱动段和低压段，驱动段上设置有充气阀，驱动段与低压段之间设置有破裂膜片；低压段前端同轴连接有光学玻璃管，光学玻璃管前端为密封结构，光学玻璃管密封结构内侧安装有压敏漆样品；光学玻璃管一侧安装有可对压敏漆样品进行照射使压敏漆样品产生荧光信号的LED灯管，光学玻璃管的的另一侧安装有用于接收荧光信号的光电倍增管，光电倍增管的输出端与示波器输入端电性连接。
进一步地，激波管的低压段的内壁上设置有压力传感器，压力传感器与示波器的输入端电性连接。
进一步地，破裂膜片为铝膜、聚酯薄膜或纸膜中的任意一种。
进一步地，激波管的驱动段上设置有用于测量驱动段内气压的压力表。
进一步地，LED灯管为可产生中心波长为405nm紫外光的紫外LED灯。
进一步地，光电倍增管的接收端设置有滤镜，滤镜为带通滤镜，允许通过的光波长范围为625nm-675nm。
进一步地，光电倍增管的响应范围为185-900nm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过LED灯管照射压敏漆样品使其处于激发状态，当激波管内的激波到达压敏漆样品表面时，在样品表面施加一个短暂持续的压力阶跃，压敏漆表面产生荧光信号，通过示波器观察随阶跃压力变化的压敏漆发射出的荧光信号的衰减时间来确定压敏漆的响应时间，可实现压敏漆的动态特性的标定。
附图说明
图1为实施例中PSP动态校准装置的压敏漆样片测试系统的结构示意图；
其中，1、驱动段；2、低压段；3、充气阀；4、破裂膜片；5、光学玻璃管；6、压敏漆样品；7、LED灯管；8、光电倍增管；9、示波器；10、压力传感器；11、压力表；12、滤镜。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例：
参见图1，一种PSP动态校准装置的压敏漆样片测试系统，包括激波管，激波管包括驱动段1和低压段2，驱动段1上设置有充气阀3，驱动段1与低压段2之间设置有破裂膜片4；低压段2前端同轴连接有光学玻璃管5，光学玻璃管5前端为密封结构，光学玻璃管5密封结构内侧安装有压敏漆样品6；光学玻璃管5一侧安装有可对压敏漆样品6进行照射使压敏漆样品6产生荧光信号的LED灯管7，光学玻璃管5的的另一侧安装有用于接收荧光信号的光电倍增管8，光电倍增管8的输出端与示波器9输入端电性连接。
在本实施例中，LED灯管7产生特定波长的光线，光线透过光学玻璃管5照射到压敏漆样品6表面，压敏漆样品6表面处于激发态，产生荧光信号；通过充气阀3向激波管的驱动段1内充气，破裂膜片4受到压力的作用逐步变形直至破裂或采用电加热方式控制破裂膜片4破裂；膜片破裂后，驱动段1内的高压气体推动低压段2气体向前运动，运动气体的前锋形成一个干净的间断面，在空气动力学里被称为激波。当激波到达压敏漆样品6表面时，施加在样品表面一个短暂持续的压力阶跃，这个压力阶跃的爬升时间比压敏漆的跟随时间快得多，所以可用来标定压敏漆样品6的动态特性。光电倍增管8用于收集压敏漆样品6荧光信号并转化为电信号，然后将电信号传递至示波器9中，通过示波器9观察随阶跃压力变化的压敏漆发射出的荧光信号的衰减时间来确定压敏漆样品6的响应时间，可实现压敏漆样品6的动态特性的标定。
激波管的低压段2的内壁上设置有压力传感器10，压力传感器10与示波器9的输入端电性连接。压力传感器10用于测量激波管低压段2内跃阶压力变化，本实施例中压力传感器10测量压力范围为0-35Bar，固有频率为700kHz。
破裂膜片4为铝膜、聚酯薄膜或纸膜中的任意一种，激波幅值的大小可依据破裂膜片4的材质及厚度来调整，通过压力差或电阻丝加热进行破膜。在驱动段1充气状态下，破裂膜片4处不能出现漏气和滑移等现象，因此，驱动段1与低压段2之间的夹膜处必须进行密封处理，并提供足够的夹紧力。本实施例中在驱动段1与低压段2之间采用自扣方式定心和O型圈等方式进行连接与密封。
激波管的驱动段1上设置有用于测量驱动段1内气压的压力表11，压力表11用于观察驱动段1内的气压值的大小，可以为压敏漆样品6测量提供触发信号。
本实施例中的LED灯管7为可产生中心波长为405nm紫外光的紫外LED灯，紫外LED灯主要用于激发压敏漆样品6，该波长的激发光对于压敏漆样品6有较高的激发效率。该LED灯管7亮度可调，可接受外部触发，数字调制方式最高可达到10000Hz。本实施例中的光电倍增管8在185nm至900nm光波长范围内都具有较高灵敏度，能够捕捉及其微小的光强变化。其响应时间约为1.4ns，远远快于压敏漆样品6的响应时间，因此完全能够满足标定动态压敏漆样品6响应特性的要求。光电倍增管8的接收端设置有滤镜12，用以去除进入光电倍增管8的激发光及其他非压敏漆信号光。该滤镜12为带通滤镜12，允许通过的光波长范围为625nm-675nm，与压敏漆的信号范围基本重合，能够允许大部分的信号光进入光电倍增管8。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种PSP动态校准装置的压敏漆样片测试系统，其特征在于：包括激波管，所述激波管包括驱动段(1)和低压段(2)，所述驱动段(1)上设置有充气阀(3)，所述驱动段(1)与低压段(2)之间设置有破裂膜片(4)；所述低压段(2)前端同轴连接有光学玻璃管(5)，所述光学玻璃管(5)前端为密封结构，所述光学玻璃管(5)密封结构内侧安装有压敏漆样品(6)；所述光学玻璃管(5)一侧安装有可对压敏漆样品(6)进行照射使压敏漆样品(6)产生荧光信号的LED灯管(7)，所述光学玻璃管(5)的的另一侧安装有用于接收荧光信号的光电倍增管(8)，所述光电倍增管(8)的输出端与示波器(9)输入端电性连接。
2.根据权利要求1所述的PSP动态校准装置的压敏漆样片测试系统，其特征在于：所述激波管的低压段(2)的内壁上设置有压力传感器(10)，所述压力传感器(10)与示波器(9)的输入端电性连接。
3.根据权利要求1所述的PSP动态校准装置的压敏漆样片测试系统，其特征在于：所述破裂膜片(4)为铝膜、聚酯薄膜或纸膜中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的PSP动态校准装置的压敏漆样片测试系统，其特征在于：所述激波管的驱动段(1)上设置有用于测量驱动段(1)内气压的压力表(11)。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的PSP动态校准装置的压敏漆样片测试系统，其特征在于：所述LED灯管(7)为可产生中心波长为405nm紫外光的紫外LED灯。
6.根据权利要求5所述的PSP动态校准装置的压敏漆样片测试系统，其特征在于：所述光电倍增管(8)的接收端设置有滤镜(12)，所述滤镜(12)为带通滤镜(12)，允许通过的光波长范围为625nm-675nm。
7.根据权利要求6所述的PSP动态校准装置的压敏漆样片测试系统，其特征在于：所述光电倍增管(8)的响应范围为185-900nm。
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