CN112595453A - 一种压敏涂料压力校准系统及校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压敏涂料压力校准系统和校准方法，该系统包括采集计算机和提供可调环境压力的密封舱腔体，密封舱腔体上设置光学窗口、密封门、压敏涂料激励光源、压敏涂料数据采集相机，密封舱腔体内设置导轨、模型转运架车、压力传感器，模型转运架车能够沿导轨移动，喷涂有压敏涂料涂层的试验模型安装在模型转运架车上。该校准方法和校准系统直接利用喷涂有压敏涂料涂层的待测试验模型进行校准，实现了其测试区压敏涂料涂层像素级或小区域像素集专有高精度校准数据获取。
Description
技术领域
本发明属于空气动力学试验技术领域，尤其涉及一种压敏涂料压力校准系统及校准方法。
背景技术
压力敏感涂料测压技术是一种具有广阔发展前景的非接触式光学测压技术，其具有对流场干扰小，高空间分辨率等特点，在国外被广泛应用于各种风洞测压试验当中。
压敏涂料应用于风洞试验前必须对压敏涂料涂层进行校准，获取环境压力与压敏涂料涂层荧光(由激励光源照射产生)亮度之间的关系曲线(压敏涂料涂层校准曲线)。
目前，这种压敏涂料涂层校准曲线通常是在实验室中应用小型压敏涂料校准装置使用校准样片获取。校准样片通常采用小型铝质薄片(比如Φ50mm，厚度1mm)，同试验模型喷涂压敏涂料涂层一并喷涂，在铝质样片表面获得校准试验用压敏涂料涂层，利用小型实验室压敏涂料校准装置获得校准曲线，采用校准样片获得的校准曲线代表试验模型表面压敏涂料涂层的环境压力——涂层荧光亮度之间的转换特性。
一方面，进行试验模型和校准样片压敏涂料喷涂时，试验模型表面涂层和校准样片表面涂层总会存在一定差异，比如涂层厚度及分布均匀性等，利用校准样片表面压敏涂料涂层特性代表试验模型表面压敏涂料涂层特性必然存在一定偏差；另一方面，喷涂过程中，试验模型表面压敏涂料涂层也会存在区域之间厚度及分布均匀性等差异，模型表面所有位置的压敏涂料涂层采用同一个校准曲线(转换关系)进行数据处理也不合理。
发明内容
发明目的
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种压敏涂料压力校准系统及校准方法。利用喷涂有压敏涂料涂层的试验模型，将其内置于可调压密封舱腔体内，直接对试验模型表面压敏涂料涂层进行校准，获得试验模型表面像素级或小区域范围内压敏涂料涂层校准曲线，也就是每一个像素级区域或小区域范围内的压敏涂料涂层均可获得自身的校准曲线，而不是模型全表面压敏涂料涂层使用同一个校准曲线。
一种压敏涂料压力校准系统，包括采集计算机和提供可调环境压力的密封舱腔体，密封舱腔体上设置光学窗口、密封门、压敏涂料激励光源、压敏涂料数据采集相机，密封舱腔体内设置导轨、模型转运架车、压力传感器，模型转运架车能够沿导轨移动，喷涂有压敏涂料涂层的试验模型安装在模型转运架车上；压敏涂料激励光源通过光学窗口照亮试验模型表面的压敏涂料涂层，压敏涂料数据采集相机采集压敏涂料涂层被压敏涂料激励光源的激励光照射后发出的荧光图像；压敏涂料数据采集相机采集的图像和压力传感器测定的密封舱腔体内的环境压力传输至采集计算机。
优选的，密封舱依次与压力调节供气管路、气源连接以调节密封舱腔体内的环境压力。
优选的，压敏涂料激励光源、压敏涂料数据采集相机设置于密封舱腔体外侧。
优选的，压敏涂料激励光源、压敏涂料数据采集相机设置于光学窗口所在位置。
优选的，密封舱腔体上设置多个光学窗口、压敏涂料激励光源、压敏涂料数据采集相机。
一种压敏涂料压力校准方法，该方法将喷涂有压敏涂料涂层的试验模型置于密封舱腔体内，利用密封舱腔体提供可调压环境，实现压敏涂料涂层校准；进行压敏涂料涂层校准时，调节并测定密封舱腔体内空气压力，数据采集相机获得这些压力下模型表面压敏涂料涂层测试数据，进而获得一个设定的压力序列及其对应压力下模型表面压敏涂料涂层测试数据，用于压敏涂料涂层压力校准数据处理。
优选的，使用密封舱调节校准试验压力；进行压敏涂料涂层校准时，密封舱内环境压力通过压力调节供气管路调节至校准起始压力，用压力传感器测量并记录密封舱内环境压力，用压敏涂料数据采集相机采集并记录压敏涂料涂层荧光图像；完成后，保持试验模型及压敏涂料激励光源和压敏涂料数据采集相机位置不变，通过供气管路再次调节密封舱内环境压力至下一个设定值，采集压力数据和压敏涂料涂层荧光图像，以此类推，直至全部所设定压力下压敏涂料涂层荧光图像采集完成，从而获得一个压力序列和图像序列。
优选的，进行校准数据处理时，以所采集图像中的所有像素或小区域像素集为计算单元，从而得到基于每一个像素的或小区域像素集(小区域像素集指相邻的几个像素组成的区域)的专有压力校准曲线；进行数据处理时，在压力传感器测定的压力序列中选定一个压力值作为基准压力Pr，对应压力下数据采集相机所采集图像为基准图像Ir；进行校准数据处理时，以所采集图像中的所有像素或小区域像素集Iij为计算单元，以压力序列为横轴，针对每一个计算单元，计算第x个图像ij位置的计算单元Ixij与基准图像Ir中ij位置的计算单元Irij的比值，将这个比值作为纵轴，绘制曲线，得到试验模型表面的压敏涂料涂层针对每一个像素点或小区域像素集的专有压力校准曲线图像序列中。
发明技术解决方案
本发明的优点：
(1)使用密封舱作为压力校准试验腔体，通过压力调节供气管路调节腔体内部压力，形成了一个大的空间，能够直接将喷涂有压敏涂料涂层的试验模型置于其中进行校准。
(2)直接使用喷涂有压敏涂料涂层的试验模型进行校准，克服了利用实验室小型校准装置获得的校准样片压敏涂料涂层性能替代试验模型表面压敏涂料涂层性能的缺陷。
(3)针对试验模型表面压敏涂料涂层，得到像素级或小区域像素集专有校准曲线(数据)，克服了模型表面所有区域压敏涂料涂层使用同一个校准曲线(数据)的缺陷。
附图说明
图1为本发明的一种压敏涂料压力校准系统的结构示意图。
图2为本发明的一种压敏涂料压力校准方法获得的压敏涂料涂层某一个小区域像素集专有校准曲线示意图。
图中：1-压力调节供气管路、2-密封舱、3-导轨、4-光学窗口、5-压敏涂料数据采集相机、6-模型转运架车、7-压力传感器、8-密封门、9-压敏涂料激励光源、10-试验模型、11-采集计算机。
具体实施方式
本发明是通过如下技术方案予以实现的。
一种压敏涂料压力校准系统，包括采集计算机11和提供可调环境压力的密封舱2腔体，密封舱2腔体上设置光学窗口4、密封门8、压敏涂料激励光源9、压敏涂料数据采集相机5，密封舱2腔体内设置导轨3、模型转运架车6、压力传感器7，模型转运架车6能够沿导轨3移动，喷涂有压敏涂料涂层的试验模型10安装在模型转运架车6上；压敏涂料激励光源9通过光学窗口4照亮试验模型10表面的压敏涂料涂层，压敏涂料数据采集相机5采集压敏涂料涂层被压敏涂料激励光源9的激励光照射后发出的荧光图像；压敏涂料数据采集相机5采集的图像和压力传感器7测定的密封舱2腔体内的环境压力传输至采集计算机11。密封舱2依次与压力调节供气管路1、气源连接以调节密封舱2腔体内的环境压力。密封舱2腔体上设置多个光学窗口4、压敏涂料激励光源9、压敏涂料数据采集相机5。压敏涂料激励光源9、压敏涂料数据采集相机5设置于密封舱2腔体外侧光学窗口4所在位置。
将喷涂有压敏涂料涂层的试验模型10安装在模型转运架车6上，通过模型转运架车6将试验模型10移至密封舱2腔体适当位置，关闭密封门8，安装校准试验用压敏涂料激励光源9、压敏涂料数据采集相机5，压力传感器7、压敏涂料数据采集相机5连接至数据采集计算机11，调整压敏涂料激励光源9和压敏涂料数据采集相机5，使其对准试验模型10表面待校准压敏涂料涂层，通过密封舱2腔体的压力调节供气管路1调节密封舱2内环境压力至校准起始压力(比如0.04MPa)，用密封舱2内压力传感器7测量并记录环境压力，用压敏涂料数据采集相机5采集并记录试验模型10表面压敏涂料涂层荧光图像。完成后，保持试验模型10及压敏涂料激励光源9和压敏涂料数据采集相机5等位置不变，通过密封舱2腔体压力调节供气管路1再次调节密封舱2内环境压力至设定值，采集压力数据和压敏涂料涂层荧光图像，依次类推，直至所设定全部校准状态压敏涂料涂层荧光图像采集完成，从而获得一个压力序列(P1、P2……Pn)和图像序列(I1、I2……In)。
数据采集完成后，在密封舱2内压力传感器7测定的校准压力序列中选定一个压力值作为基准状态，作为基准压力Pr，以相对应的压敏涂料数据采集相机5所采集图像为基准图像Ir。以图像I中的所有像素或小区域像素集Iij为(图像I中ij位置的像素或小区域像素集)计算单元，针对每一个计算单元，以压力序列(P1、P2……Pn)为横轴，以Ixij(图像Ix中ij位置的计算单元，x＝1,2...n)与Irij(图像Ir中ij位置的计算单元)的比值为纵轴绘制曲线，得到试验模型(10)表面压敏涂料涂层针对每一个像素点或小区域像素集的专有压力校准曲线。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神本质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖本发明的保护范围内。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (8)
1.一种压敏涂料压力校准系统，其特征在于：包括采集计算机(11)和提供可调环境压力的密封舱(2)腔体，密封舱(2)腔体上设置光学窗口(4)、密封门(8)、压敏涂料激励光源(9)、压敏涂料数据采集相机(5)，密封舱(2)腔体内设置导轨(3)、模型转运架车(6)、压力传感器(7)，模型转运架车(6)能够沿导轨(3)移动，喷涂有压敏涂料涂层的试验模型(10)安装在模型转运架车(6)上；压敏涂料激励光源(9)通过光学窗口(4)照亮试验模型(10)表面的压敏涂料涂层，压敏涂料数据采集相机(5)采集压敏涂料涂层被压敏涂料激励光源(9)的激励光照射后发出的荧光图像；压敏涂料数据采集相机(5)采集的图像和压力传感器(7)测定的密封舱(2)腔体内的环境压力传输至采集计算机(11)。
2.根据权利要求1所述的一种压敏涂料压力校准系统，其特征在于：密封舱(2)依次与压力调节供气管路(1)、气源连接以调节密封舱(2)腔体内的环境压力。
3.根据权利要求1所述的一种压敏涂料压力校准系统，其特征在于：压敏涂料激励光源(9)、压敏涂料数据采集相机(5)设置于密封舱(2)腔体外侧。
4.根据权利要求3所述的一种压敏涂料压力校准系统，其特征在于：压敏涂料激励光源(9)、压敏涂料数据采集相机(5)设置于光学窗口(4)所在位置。
5.根据权利要求1所述的一种压敏涂料压力校准系统，其特征在于：密封舱(2)腔体上设置多个光学窗口(4)、压敏涂料激励光源(9)、压敏涂料数据采集相机(5)。
6.采用权利要求1～5任一所述的一种压敏涂料压力校准系统进行校准的方法，其特征在于：该方法将喷涂有压敏涂料涂层的试验模型置于密封舱腔体内，利用密封舱腔体提供可调压环境，实现压敏涂料涂层校准；进行压敏涂料涂层校准时，调节并测定密封舱腔体内空气压力，数据采集相机获得这些压力下模型表面压敏涂料涂层测试数据，进而获得一个设定的压力序列及其对应压力下模型表面压敏涂料涂层测试数据，用于压敏涂料涂层压力校准数据处理。
7.如权利要求6所述的一种压敏涂料压力校准方法，其特征在于：使用密封舱调节校准试验压力；进行压敏涂料涂层校准时，密封舱内环境压力通过压力调节供气管路调节至校准起始压力，用压力传感器测量并记录密封舱内环境压力，用压敏涂料数据采集相机采集并记录压敏涂料涂层荧光图像；完成后，保持试验模型及压敏涂料激励光源和压敏涂料数据采集相机位置不变，通过供气管路再次调节密封舱内环境压力至下一个设定值，采集压力数据和压敏涂料涂层荧光图像，以此类推，直至全部所设定压力下压敏涂料涂层荧光图像采集完成，从而获得一个压力序列和图像序列。
8.如权利要求7所述的一种压敏涂料压力校准方法，其特征在于：进行校准数据处理时，以所采集图像中的所有像素或小区域像素集为计算单元，从而得到基于每一个像素的或小区域像素集的专有压力校准曲线；进行数据处理时，在压力传感器测定的压力序列中选定一个压力值作为基准压力Pr，对应压力下数据采集相机所采集图像为基准图像Ir；进行校准数据处理时，以所采集图像中的所有像素或小区域像素集Iij为计算单元，以压力序列为横轴，针对每一个计算单元，计算第x个图像ij位置的计算单元Ixij与基准图像Ir中ij位置的计算单元Irij的比值，将这个比值作为纵轴，绘制曲线，得到试验模型表面的压敏涂料涂层针对每一个像素点或小区域像素集的专有压力校准曲线图像序列中。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115791183A (zh) * | 2022-10-13 | 2023-03-14 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 航空发动机高空模拟结冰试验测试装置 |
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2020
- 2020-12-04 CN CN202011397440.7A patent/CN112595453A/zh active Pending
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