CN118032201A - 基于压力敏感涂料的转子件压力测量时序控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于压力敏感涂料的转子件压力测量时序控制方法，包括：步骤一、对带有压力敏感涂料的旋转件表面进行差异性处理，并使旋转件具有特征位置；步骤二、探测特征位置，并判断是否产生转子同步信号；步骤三、进行转子同步信号转化，并获得原始触发信号；步骤四、以输入的原始触发信号为基础，设置高精度延时控制器的输出通道，以至少产生第一输出信号和第二输出信号，使第一输出信号接入并触发脉冲激光光源，使第二输出信号接入并触发图像采集相机；步骤五、延时控制信号调整；步骤六、在每个稳定状态点下调整高精度延时控制器，控制光源和相机曝光的延时时间，实现基于转子件同步信号的锁相和光源激发与图像采集的时序可控。
Description
技术领域
本发明涉及旋转件表面压力PSP测量技术领域，具体涉及一种基于压力敏感涂料的转子件压力测量时序控制方法。
背景技术
航空涡轮发动机叶轮机械内部流动是典型的强三维、强非定常湍流流动，包含各种复杂的旋涡结构，多级之间还存在复杂的转/静干涉和级与级之间的强相互作用，使得叶轮机械内部流场计算精度难以满足设计需求，必须依靠先进的测试技术获取叶轮机械叶片表面及叶片通道内部准确的流场信息，为发动机叶轮机械的设计和流场诊断提供关键数据支持。
压力敏感涂料(Pressure Sensitive Paints,PSP)技术是一种非接触全局表面压力测量的光学流动显示技术。压力敏感涂料受到特殊波长的光照射时，会发出荧光。当环境中存在氧分子时，氧分子通过与压力敏感涂料中的探针分子接触，吸收了处于激发状态探针分子的能量，从而使压力敏感涂料失去发射荧光的能力(被称为“氧猝灭”)。因此涂层表面气压越高，PSP涂层中氧分子越多，“氧猝灭”效应越强烈，涂层发光强度就越低。另外探针分子发射荧光的荧光寿命(发光时间的长短)也与环境中氧分子浓度相关，可借助探针分子的荧光寿命测量模型表面压力，这种方法被称为寿命法PSP技术。
寿命法PSP测量技术可以有效解决常规测压技术在发动机叶片旋转时，作用在叶片上的压力分布和气动载荷难以准确测量的技术难题。其具有非接触测量下快速获取在定常流动或非定常流动状态下模型表面的全局连续压力分布的优点，适合于发动机叶片旋转时表面压力非接触测量，获得的试验数据可以作为验证与确认数值模拟方法计算结果的依据。
然而，寿命法PSP测量的前提是实现对表面荧光寿命数据的获取，即需要获取同一荧光衰减周期内至少两帧图像。而对于发动机叶片等转子件，其处于旋转状态，转速高，叶尖线速度较大，按照一般的图像采集手段无法捕捉到快速扫过的叶片荧光寿命图像，需要针对转子件的旋转状态，进行精确的同步锁相和时序控制，以获得转子件在同一荧光衰减周期内的两帧发光图像。
发明内容
有鉴于此，本说明书实施例提供一种基于压力敏感涂料的转子件压力测量时序控制方法，以解决转子件在同一荧光衰减周期内的发光图像精确获取的问题。
本说明书实施例提供以下技术方案：一种基于压力敏感涂料的转子件压力测量时序控制方法，包括：
步骤一、对带有压力敏感涂料的旋转件表面进行差异性处理，并使旋转件具有特征位置；
步骤二、布置转子同步信号传感器，在转件模拟旋转状态下探测特征位置，并判断是否产生转子同步信号，若无法产生转子同步信号，则调整转子同步信号传感器的位置或者参数，至能够产生转子同步信号；
步骤三、进行转子同步信号转化，并获得原始触发信号；
步骤四、以输入的原始触发信号为基础，设置高精度延时控制器的输出通道，以至少产生第一输出信号和第二输出信号，使第一输出信号接入并触发脉冲激光光源，使第二输出信号接入并触发图像采集相机；
步骤五、延时控制信号调整；
步骤六、在每个稳定状态点下调整高精度延时控制器，控制光源和相机曝光的延时时间，实现基于转子件同步信号的锁相和光源激发与图像采集的时序可控。
进一步地，步骤二中在转件模拟旋转状态下探测特征位置具体为：在旋转件模拟旋转状态下，确定转子叶片每扫过一圈时，同步信号传感器是否能够产生一个转子同步信号。
进一步地，步骤三具体为：
将转子同步信号传感器提取的同步脉冲信号进行信号转换、波形整形，处理成方波信号；
根据图像采集频率，对获得的方波信号进行分频或倍频，并获得原始触发信号，使原始触发信号的频率与需要实现的图像采集频率一致；
将原始触发信号输入高精度延时控制器。
进一步地，步骤五包括：
将第一输出信号接入高精度延时控制器，调整高精度延时控制器，改变第一输出信号的延时时间，使脉冲激光光源触发时被拍摄对象叶片处于光源照亮区域。
进一步地，步骤五还包括：
将第二输出信号接入高精度延时控制器，采用高精度延时控制器对第二输出信号进行延时控制，同时产生两个曝光触发信号，并使两个曝光触发信号的触发间隔可调。
进一步地，采用高精度延时控制器对第一输出信号和第二输出信号进行延时控制的延时时间可调。
与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：能在极短的曝光时间内有效获取转子件在同一荧光衰减周期内的两帧发光图像，保证在同一状态重复采集时，两帧图像曝光时间分别保持不变，且所拍摄旋转件转子位置相同。本方法适用于高速转子件同一位置处表面图像的快速捕捉；能够基于转子件同步信号触发光源激发与相机图像两次采集，并能通过高精度延时控制器使其可调可控。该技术可在行业内推广应用，具有良好的经济效益和极大的实际工程应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例的流程图；
图2是频率固定的同步脉冲信号；
图3是转子同步信号、激光触发信号与图像采集信号间延时关系。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种基于压力敏感涂料的转子件压力测量时序控制方法，包括：
步骤一、对带有压力敏感涂料的旋转件表面进行差异性处理，并使旋转件具有特征位置；
步骤二、布置转子同步信号传感器，在转件模拟旋转状态下探测特征位置，并判断是否产生转子同步信号，若无法产生转子同步信号，则调整转子同步信号传感器的位置或者参数，至能够产生转子同步信号；
步骤三、进行转子同步信号转化，并获得原始触发信号；
步骤四、以输入的原始触发信号为基础，设置高精度延时控制器的输出通道，以至少产生第一输出信号和第二输出信号，使第一输出信号接入并触发脉冲激光光源，使第二输出信号接入并触发图像采集相机；
步骤五、延时控制信号调整；
步骤六、在每个稳定状态点下调整高精度延时控制器，控制光源和相机曝光的延时时间，实现基于转子件同步信号的锁相和光源激发与图像采集的时序可控。
步骤二中在转件模拟旋转状态下探测特征位置具体为：在旋转件模拟旋转状态下，确定转子叶片每扫过一圈时，同步信号传感器是否能够产生一个转子同步信号。
步骤三具体为：
将转子同步信号传感器提取的同步脉冲信号进行信号转换、波形整形，处理成方波信号；
根据图像采集频率，对获得的方波信号进行分频或倍频，并获得原始触发信号，使原始触发信号的频率与需要实现的图像采集频率一致；
将原始触发信号输入高精度延时控制器。
步骤五包括：
将第一输出信号接入高精度延时控制器，调整高精度延时控制器，改变第一输出信号的延时时间，使脉冲激光光源触发时被拍摄对象叶片处于光源照亮区域。
步骤五还包括：
将第二输出信号接入高精度延时控制器，采用高精度延时控制器对第二输出信号进行延时控制，同时产生两个曝光触发信号，并使两个曝光触发信号的触发间隔可调。
采用高精度延时控制器对第一输出信号和第二输出信号进行延时控制的延时时间可调。
通过对旋转件表面进行差异性处理，使旋转件转至某一特定位置时，触发转子同步信号传感器产生一个脉冲信号，该脉冲信号经信号调理器处理、整形成方波信号，作为信号源经高精度延时控制器，产生两个以上输出信号，以分别触发脉冲激光光源和图像采集相机，并通过改变输出信号的延时时间与脉宽，调整脉冲激光光源发光时间、两次图像采集曝光时间与曝光时间间隔，触发图像采集相机获取转子件在同一荧光衰减周期内的两帧发光图像，记录完设定数量的图像后图像采集相机停止记录。
需要说明的是，图像采集相机的曝光时间可调，可调时间范围为1微秒-100毫秒，且能通过改变高精度延时控制器输出信号的延时与脉宽，调整两次采集图像的曝光时间与曝光间隔，曝光时间间隔最小可调至1微秒。
以某一具体实施进行说明，其步骤为：
步骤1:旋转件表面处理。用哑光漆等方式，对带有PSP涂料的旋转件表面进行差异性处理，使旋转件具有反光最强等某一特征位置；
步骤2：转子同步信号提取。布置转子同步信号传感器，在旋转件模拟旋转状态下，探测步骤1中的特征位置，确定转子叶片每扫过一圈时，传感器是否能够产生一个如图2所示频率固定的脉冲信号。若不能，重复步骤1，并调整转子同步信号传感器探测位置，直至能够产生频率固定脉冲信号；
步骤3：转子同步信号转化。将转子同步信号传感器提取的同步脉冲信号进行信号转换、波形整形，处理成方波信号，并根据图像采集频率，对处理后获得的方波信号进行分频、倍频，使得方波信号的频率与需要实现的图像采集频率一致，而后将处理后信号输入高精度延时控制器；
步骤4：延时控制信号输出连接。以输入的转子同步信号为基础，设置高精度延时控制器的输出通道，保证产生两个以上输出信号，并分别接入脉冲激光光源和图像采集相机，以分别触发脉冲激光光源和图像采集相机；
步骤5：延时控制信号调整。由于转子同步信号传感器的安装角度与脉冲激光光源和图像采集相机不同，当旋转件特征位置扫过转子同步信号传感器时，被拍摄对象叶片不一定刚好运动至激光照射处，被拍摄对象的荧光寿命周期也不一定处于图像采集相机的两次曝光时间中，因此需要调整高精度延时控制器，改变输出信号的延时时间，使脉冲激光光源触发时被拍摄对象叶片刚好处于光源照亮区域，同时对于触发图像采集相机的信号，需采用高精度延时控制器BURST模式，设置CNT为2，PER为两次曝光时间加上曝光间隔的总时间，根据实际曝光时间要求而定，DLY为图像采集脉冲延时，根据实际图像采集时间而定，最终设置的延时控制信号关系如图3所示；
步骤6：开始测试时，需要在每个稳定状态点下调整高精度延时控制器，控制光源和相机曝光的延时时间，实现激光照亮转子件位置、两次相机采集曝光时间与曝光间隔的调整，从而实现基于转子件同步信号的锁相和光源激发与图像采集的时序可控。
综上所述本发明基于旋转件固有动态特征信号，提出了用于转子件PSP测量的同步锁相装置和时序控制方法。装置包含转子同步信号传感器、脉冲激光光源、图像采集相机、高精度延时控制器等，通过对旋转件表面进行差异性处理，使旋转件转至某一特定位置时，触发转子同步信号传感器产生一个脉冲信号，该脉冲信号经处理、整形成方波信号，作为信号源经高精度延时控制器，产生两个以上可调的输出信号，以分别触发脉冲激光光源激发和图像采集相机采集，使脉冲激光光源激发照亮被测样品表面后，同步触发图像采集相机采集两次，获得激光激发后的两帧PSP荧光寿命图像，并能通过改变输出信号的延时与脉宽，实现激光照亮转子件位置、两次相机采集曝光时间与曝光间隔的调整，从而实现基于转子件同步信号的锁相和光源激发与图像采集的时序可控。本方法适用于高速转子件同一位置处表面图像的快速捕捉；能够基于转子件同步信号触发光源激发与相机图像两次采集，并能通过高精度延时控制器使其可调可控。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种基于压力敏感涂料的转子件压力测量时序控制方法，其特征在于，包括：
步骤一、对带有压力敏感涂料的旋转件表面进行差异性处理，并使旋转件具有特征位置；
步骤二、布置转子同步信号传感器，在转件模拟旋转状态下探测所述特征位置，并判断是否产生转子同步信号，若无法产生转子同步信号，则调整转子同步信号传感器的位置或者参数，至能够产生转子同步信号；
步骤三、进行转子同步信号转化，并获得原始触发信号；
步骤四、以输入的原始触发信号为基础，设置高精度延时控制器的输出通道，以至少产生第一输出信号和第二输出信号，使第一输出信号接入并触发脉冲激光光源，使第二输出信号接入并触发图像采集相机；
步骤五、延时控制信号调整；
步骤六、在每个稳定状态点下调整高精度延时控制器，控制光源和相机曝光的延时时间，实现基于转子件同步信号的锁相和光源激发与图像采集的时序可控。
2.根据权利要求1所述的基于压力敏感涂料的转子件压力测量时序控制方法，其特征在于，所述步骤二中在转件模拟旋转状态下探测所述特征位置具体为：在旋转件模拟旋转状态下，确定转子叶片每扫过一圈时，同步信号传感器是否能够产生一个转子同步信号。
3.根据权利要求2所述的基于压力敏感涂料的转子件压力测量时序控制方法，其特征在于，所述步骤三具体为：
将转子同步信号传感器提取的同步脉冲信号进行信号转换、波形整形，处理成方波信号；
根据图像采集频率，对获得的方波信号进行分频或倍频，并获得原始触发信号，使原始触发信号的频率与需要实现的图像采集频率一致；
将原始触发信号输入高精度延时控制器。
4.根据权利要求3所述的基于压力敏感涂料的转子件压力测量时序控制方法，其特征在于，所述步骤五包括：
将第一输出信号接入高精度延时控制器，调整高精度延时控制器，改变第一输出信号的延时时间，使脉冲激光光源触发时被拍摄对象叶片处于光源照亮区域。
5.根据权利要求4所述的基于压力敏感涂料的转子件压力测量时序控制方法，其特征在于，所述步骤五还包括：
将第二输出信号接入高精度延时控制器，采用高精度延时控制器对第二输出信号进行延时控制，同时产生两个曝光触发信号，并使两个曝光触发信号的触发间隔可调。
6.根据权利要求5所述的基于压力敏感涂料的转子件压力测量时序控制方法，其特征在于，采用高精度延时控制器对第一输出信号和第二输出信号进行延时控制的延时时间可调。
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