CN114543744A - 用于航天相变储能装置形变测试的设备 - Google Patents

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刘彤
段建国
王磊
施俊奇
周莹
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Abstract

本发明涉及一种用于航天相变储能装置形变测试的设备,包括用于对设备内部温度进行调节,促使待测元件发生形变的加热制冷模块,用于对待测元件的形变过程和形变结果进行测量的形变测量模块,用于检测设备内部环境数据的数据采集模块,和用于接收环境数据,并控制设备内各模块的运行的设备控制模块。上述用于航天相变储能装置形变测试的设备,针对相关元件进行相变储能形变测试,具有进行测定相变储能装置加热、冷却、冷热交替状态下的三维形变的功能,测量结果准确。

Description

用于航天相变储能装置形变测试的设备
技术领域
本发明涉及形变测试技术领域,特别是涉及一种用于航天相变储能装置形变测试的设备。
背景技术
相变储能是利用材料在相变时吸收或放出热量来实现储能和释能的目的,传统的用于相变储能形变测试的设备在测量时通常都是对测量前的状态和测量后的状态进行记录,并根据两种状态的差异对形变量进行判断,而且在测量形变量时通常需要对形变催化进程进行中断,从而使得该形变判断的结果不够准确。
发明内容
基于此,有必要针对传统的形变测试设备测量不准确的问题,提供一种用于航天相变储能装置形变测试的设备。
一种用于航天相变储能装置形变测试的设备,包括:
加热制冷模块,用于对设备内部温度进行调节,促使待测元件发生形变;
形变测量模块,用于对待测元件的形变过程和形变结果进行测量;
数据采集模块,用于检测设备内部环境数据;与
设备控制模块,用于接收环境数据,并控制设备内各模块的运行。
进一步的,所述形变测量模块包括小幅面标定板,其采用12位环形编码点标定板进行系统标定。
进一步的,所述形变测量模块还包括三维形变应变测量数据分析软件,用于对形变元件的形变数据进行分析,其计算流程可分为进行全部计算或分为标志点检测、相机定向、散斑匹配、散斑重建、应变计算五部分进行分别计算。
进一步的,所述三维形变应变测量数据分析软件还包括多种变形应变计算功能:X、Y、Z、三维坐标;Z值投影;径向距离、径向距离差;径向角、径向角差;应变X、应变Y和应变XY;最大主应变和厚度减薄量。
进一步的,所述设备控制模块包括PC机、倍福控制器和移动平台;所述PC机根据小幅面标定板的位置反馈发出位移指令给倍福控制器,所述倍福控制器发出相应指令驱动移动平台移动到指定位置。
进一步的,所述加热制冷模块包括可编程控制器,用于根据PC机指令控制是否启动加热或制冷模式。
进一步的,所述数据采集模块包括温度传感器,用于监测设备内部环境温度的变化,并反馈给可编程控制器,然后利用PID算法实现温度的精准控制。
进一步的,所述加热制冷模块还包括电量测试仪,用于测量实际输出的功率,并反馈给可编程控制器,然后利用PID发实现温度的精准控制。
进一步的,所述加热制冷模块还包括交流调压单元,用于将电能通过继电器输送给设备内的加热管,通过改变上一级输入到的参数来改变输出电压。
进一步的,所述设备整体框架件采用纳米凝胶来阻止热传递,且整体框架缝隙处采用密封橡胶条密封。
上述用于航天相变储能装置形变测试的设备,针对相关元件进行相变储能形变测试,具有进行测定相变储能装置加热、冷却、冷热交替状态下的三维形变的功能,测量结果准确。
附图说明
图1为一个实施例的形变测试设备的模块图;
图2为形变测试设备的结构示意图;
图3为加热制冷模块实验工作流程图;
图4为整体设备工作原理图。
图中:110、加热制冷模块;120、形变测量模块;130、数据采集模块;140、设备控制模块。
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、完整地说明,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,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。
如图1和图2所示,在一个实施例中,一种用于航天相变储能装置形变测试的设备,包括加热制冷模块110、形变测量模块120、数据采集模块130和设备控制模块140,加热制冷模块110用于对设备内部温度进行调节,促使待测元件发生形变,形变测量模块120用于对待测元件的形变过程和形变结果进行测量,数据采集模块130用于检测设备内部环境数据,设备控制模块140用于接收环境数据,并控制设备内各模块的运行。
在使用时,将待测元件固定在设备整体框架内,此时加热制冷模块110会对待测元件进行加热或制冷,数据采集模块130会对设备内部环境数据进行实时检测,如温度,当环境温度达到一定值时,设备控制模块140会控制加热制冷模块110停止或进行相反的制冷或加热;在加热和制冷的过程中,形变测量模块120会对待测元件的图像进行不断摄取,以获取待测元件的形变过程和最终的形变结果。
上述用于航天相变储能装置形变测试的设备,针对相关元件进行相变储能形变测试,具有进行测定相变储能装置加热、冷却、冷热交替状态下的三维形变的功能,测量结果准确。
在本实施例中,形变测量模块120包括小幅面标定板,其采用12位环形编码点标定板进行系统标定。支持多相机同时标定,支持外部图像导入软件后进行标定。
在本实施例中,形变测量模块120还包括三维形变应变测量数据分析软件,用于对形变元件的形变数据进行分析,其计算流程可分为进行全部计算或分为标志点检测、相机定向、散斑匹配、散斑重建、应变计算五部分进行分别计算。用于进行计算过程中可能出现的偏差分析,还有多种变形应变计算功能。
在本实施例中,三维形变应变测量数据分析软件还包括多种变形应变计算功能:X、Y、Z、三维坐标;Z值投影;径向距离、径向距离差;径向角、径向角差;应变X、应变Y和应变XY;最大主应变和厚度减薄量。最终可分析测量范围为0.005%~1000%,2D应变测量精度≤20με,3D应变测量精度≤50με。
上述形变测量模块120还包括系统测量头和高性能图形工作站;其中系统测量头使用工业相机,上下位双相机同步稳定采集且帧频达到60fps。高性能图形工作站支持图像的任意裁剪、以更快的采集速度分析变形,所有测量结果均可以绘制成曲线图。可将测量过程二维图像或者三维测量结果制作成视频并输出保存。
在本实施例中,设备控制模块140包括PC机、倍福控制器和移动平台;PC机根据小幅面标定板的位置反馈发出位移指令给倍福控制器,倍福控制器发出相应指令驱动移动平台移动到指定位置。
在本实施例中,加热制冷模块110包括可编程控制器,用于根据PC机指令控制是否启动加热或制冷模式。
在本实施例中,数据采集模块130包括温度传感器,用于监测设备内部环境温度的变化,并反馈给可编程控制器,然后利用PID算法实现温度的精准控制。
在本实施例中,加热制冷模块110还包括电量测试仪,用于测量实际输出的功率,并反馈给可编程控制器,然后利用PID发实现温度的精准控制。
在本实施例中,加热制冷模块110还包括交流调压单元,用于将电能通过继电器输送给设备内的加热管,通过改变上一级输入到的参数来改变输出电压。
在本实施例中,设备整体框架件采用纳米凝胶来阻止热传递,且整体框架缝隙处采用密封橡胶条密封。保证实验环境的恒温和恒湿,保证金属框架不会发生热形变,实验更可靠。
在使用时将待测元件放入预留口,由小幅面标定板和系统测量头获取待测元件初始位置并返回信号到PC机,由PC机下达指令使移动平台到达合适的位置,然后PC机下达指令启动加热制冷模块110,将电能通过继电器输送给加热管,交流调压单元通过改变输入的参数来改变输出电压,进而实现功率调整,实现加热目的,满足加热速率:≥2℃/min,温度控制误差≤0.5℃;温度传感器监测设备内环境温度的变化,并反馈给可编程控制器,实时检测的温度变化输出在PC机上;然后利用模糊PID(Proportion Integral Differential)算法实现温度的精准控制,从而实现加热/制冷模式转换,在制冷模式下,可实现降温速率不低于2℃/min,最大温差不高于0.5℃。在整个实验过程中形变测量系统一直处于工作状态,采集数据、记录数据并传输到PC机进行分析,可从PC机读取力信号,计算材料的弹性模量、泊松比、R值和N值、屈服强度等参数,另外采集图像的同时,可以实时进行三维全场应变计算,具备在线和离线两种计算处理模式,可进行自动计算和从任意一个过程状态作为起点的自定义计算。测量结果包括全场三维坐标、应变、位移、速度、加速度、角速度、角加速度。
上述用于航天相变储能装置形变测试的设备中各个模块均设置报警模块,通过模块化的结构设置和报警模块,可以快速直接的确定故障位置。
通过采用PC机和倍福控制器组成上下位机,并且开发工业PC机软件,人机交互非常简单。
具体的,移动平台安装在三自由度丝杠导轨上,并由伺服电机驱动,且移动平台上固定有工装夹具,用于固定待测元件。
形变测量模块120具有两个系统测量头,两个系统测量头分别安装在两个固定在横梁上的滑轨上,并分别位于移动平台的上方和下方。
如图3所示,本环节是加热制冷系统工作流程图,首先选择工作模式启动加热,对加热功率、目标温度及试验次数进行设定,计数器开始工作并置0;选择加热系统1开启,即恒功率加热,此时温度监测系统工作监测温度,等温度到达预设温度时关闭加热制冷系统,若没有达到预设温度则分析实时温度与预设温度关系,若温度低于预设值则开启加热制冷2,即恒温加热,反之,则开启制冷系统。整个加热制冷系统系统是循环的,直到试验结束,保证实验过程中温度需要。
如图4所示,此为电气控制原理图,电路控制系统由220v交流电供电,采用上位机(工业PC)、下位机(PLC)的控制方式,两者用以太网通讯;由上位机发出信号,下位机接受信号并输出信号。模拟量输出模块输出模拟量信号,控制热电阻、交流调压信号等,最后温度传感器会返回一个模拟量信号给模拟量输入模块,从而构成反馈控制;数字量输出模块输出数字信号,控制伺服驱动器,进而控制伺服电机,另外,也输出到继电器控制压缩机。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于航天相变储能装置形变测试的设备,其特征在于,包括:
加热制冷模块,用于对设备内部温度进行调节,促使待测元件发生形变;
形变测量模块,用于对待测元件的形变过程和形变结果进行测量;
数据采集模块,用于检测设备内部环境数据;与
设备控制模块,用于接收环境数据,并控制设备内各模块的运行。
2.根据权利要求1所述的用于航天相变储能装置形变测试的设备,其特征在于,所述形变测量模块包括小幅面标定板,其采用12位环形编码点标定板进行系统标定。
3.根据权利要求2所述的用于航天相变储能装置形变测试的设备,其特征在于,所述形变测量模块还包括三维形变应变测量数据分析软件,用于对形变元件的形变数据进行分析,其计算流程可分为进行全部计算或分为标志点检测、相机定向、散斑匹配、散斑重建、应变计算五部分进行分别计算。
4.根据权利要求3所述的用于航天相变储能装置形变测试的设备,其特征在于,所述三维形变应变测量数据分析软件还包括多种变形应变计算功能:X、Y、Z、三维坐标;Z值投影;径向距离、径向距离差;径向角、径向角差;应变X、应变Y和应变XY;最大主应变和厚度减薄量。
5.根据权利要求2所述的用于航天相变储能装置形变测试的设备,其特征在于,所述设备控制模块包括PC机、倍福控制器和移动平台;所述PC机根据小幅面标定板的位置反馈发出位移指令给倍福控制器,所述倍福控制器发出相应指令驱动移动平台移动到指定位置。
6.根据权利要求5所述的用于航天相变储能装置形变测试的设备,其特征在于,所述加热制冷模块包括可编程控制器,用于根据PC机指令控制是否启动加热或制冷模式。
7.根据权利要求6所述的用于航天相变储能装置形变测试的设备,其特征在于,所述数据采集模块包括温度传感器,用于监测设备内部环境温度的变化,并反馈给可编程控制器,然后利用PID算法实现温度的精准控制。
8.根据权利要求7所述的用于航天相变储能装置形变测试的设备,其特征在于,所述加热制冷模块还包括电量测试仪,用于测量实际输出的功率,并反馈给可编程控制器,然后利用PID发实现温度的精准控制。
9.根据权利要求8所述的用于航天相变储能装置形变测试的设备,其特征在于,所述加热制冷模块还包括交流调压单元,用于将电能通过继电器输送给设备内的加热管,通过改变上一级输入到的参数来改变输出电压。
10.根据权利要求1所述的用于航天相变储能装置形变测试的设备,其特征在于,所述设备整体框架件采用纳米凝胶来阻止热传递,且整体框架缝隙处采用密封橡胶条密封。
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