專利名稱：光學(xué)壓力敏感涂料測量壓力的精度提高方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于壓力測量技術(shù)。
背景技術(shù)：
光學(xué)壓力敏感涂料測量技術(shù)是上世紀(jì)八十年代發(fā)展起來的新概念的流場壓力測量 技術(shù)，與傳統(tǒng)意義上的壓力測量不同，它主要是利用了高分子聚合物的光致發(fā)光現(xiàn)象 和"氧猝滅"效應(yīng)來測量流場中物體表面所受氣動(dòng)壓力。
光學(xué)壓力敏感涂料是多種高分子聚合物的混合物，包括具有光致發(fā)光和氧猝滅特 性的光敏分子、用于固定光敏分子的膠體溶液以及便于多種高分子均勻混合的溶劑。 組成光學(xué)壓力敏感涂料的高分子成份經(jīng)混合后，以噴涂方式通過氣壓噴槍將添作料覆
蓋在被測物體表面，涂料層在大于室溫并小于IO(TC的條件下完成溶劑物質(zhì)揮發(fā)和固 化并附著在物體表面。涂料層結(jié)構(gòu)分為兩層，底層為白色環(huán)氧樹脂，主要是用來反射 增強(qiáng)激發(fā)光和光敏分子所發(fā)熒光的強(qiáng)度；頂層則為含有光敏分子的光學(xué)壓力敏感涂料。 當(dāng)有能夠使光敏分子中的外層電子發(fā)生能級(jí)躍遷的激發(fā)光(可通過對(duì)光源進(jìn)行濾波獲 得)對(duì)涂料層表面照射后，光敏分子躍遷至不穩(wěn)定的高能級(jí)狀態(tài)，在躍遷至基態(tài)過程 中發(fā)出熒光。由于光敏分子還具有"氧猝滅"效應(yīng)的功能，同時(shí)涂料膠體還具有溶解 氧氣分子并能承受氧分子滲透與擴(kuò)散的特性，在空氣動(dòng)力的作用下，空氣中的氧氣分 子不斷滲透進(jìn)入涂料層，并在涂料層中擴(kuò)散，并在擴(kuò)散過程中不斷與高能態(tài)的光敏分 子碰撞，將高能態(tài)的光敏分子能量轉(zhuǎn)移到氧氣分子上，使光敏分子能量下降，發(fā)光強(qiáng) 度降低。物體涂層表面所受空氣動(dòng)力越強(qiáng)，即壓力越大，氧氣分子對(duì)高能態(tài)的受激光 敏分子的"氧猝滅"效果也就越強(qiáng)。光學(xué)壓力敏感涂料測量技術(shù)就是利用光敏分子受 激發(fā)光及其發(fā)光強(qiáng)度在猝滅時(shí)光強(qiáng)與空氣壓力的特定的數(shù)值關(guān)系進(jìn)行壓力的定量測 量。涂料層所發(fā)出光的強(qiáng)度與其所受壓力的關(guān)系可由Stern-Volmer關(guān)系式得到，其關(guān) 系如下
其中，/和戶分別為涂料層光致發(fā)光強(qiáng)度和其所隨的壓力，下標(biāo)re/表示參考狀態(tài)， j與S為Stern-Volmer常數(shù)。這是通過參考狀態(tài)下亮度圖像與實(shí)驗(yàn)條件下壓力圖像的比運(yùn)算，獲得物體表面壓力分布的測量方法，通常稱之為基于光強(qiáng)的測量法。
光學(xué)壓力敏感涂料測量技術(shù)既保持了傳統(tǒng)壓力測量方法的測量精度，同時(shí)又能夠 提供表面全域壓力分布；雖然一次性投入較高，但測量系統(tǒng)的適用性和使用率較高， 總體成本比傳統(tǒng)測量方法低，并可進(jìn)行測量數(shù)據(jù)的開發(fā)應(yīng)用，日益顯現(xiàn)出不可替代的優(yōu)點(diǎn)。
光學(xué)壓力敏感涂料測量系統(tǒng)的組成包括了激發(fā)光源、數(shù)字成像設(shè)備、光譜過濾裝 置、圖像后處理組件以及涂料校準(zhǔn)裝置及壓力控制組件。在測量過程中，需要測量涂 料層不承受空氣動(dòng)力(參考狀態(tài))和承受空氣動(dòng)力(實(shí)驗(yàn)狀態(tài))兩種條件下涂料層的 光強(qiáng)亮度圖像，以便進(jìn)行圖像后處理。
涂料的光強(qiáng)之比與所受壓力之比間的數(shù)值關(guān)系通過涂料校準(zhǔn)測量獲得，根據(jù) Stem-Volmer關(guān)系式，在校準(zhǔn)過程之中，各測量點(diǎn)涂料試件的壓力值與光強(qiáng)亮度圖像 為已知量，分別通過光強(qiáng)亮度圖像和各測量點(diǎn)壓力的比運(yùn)算，通過最小二乘擬合，獲 得Stern-Volmer常數(shù)J與萬。
在獲得實(shí)驗(yàn)測量及其參考狀態(tài)下的涂料層光強(qiáng)亮度圖像后，經(jīng)一系列圖像的預(yù)處 理過程，在獲得相應(yīng)的光強(qiáng)之比圖像的基礎(chǔ)上，將經(jīng)校準(zhǔn)所得到的Stem-Volmer關(guān)系 式代入未知的Stern-Volme關(guān)系式中，從而求解得出物體表面所承受的壓力分布。
光學(xué)壓力敏感涂料測量技術(shù)，實(shí)質(zhì)上就是兩次運(yùn)用Stern-Volmer關(guān)系式，即第一 次由已知的各測量點(diǎn)壓力及其相應(yīng)的光強(qiáng)亮度圖像，得到Stem-Volmer常數(shù)；第二次 在得到涂料層光強(qiáng)之比圖像的基礎(chǔ)上，將得到的Stem-Volmer常數(shù)再次代入 Stem-Volmer關(guān)系式，從而得到物體表面的壓力分布。
在這兩次應(yīng)用Stem-Volmer關(guān)系式進(jìn)行涂料校準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)測量的過程中，需要選擇 進(jìn)行光強(qiáng)亮度圖像比運(yùn)算的基準(zhǔn)壓力值， 一般情況下為便于操作和提高效率，選擇當(dāng) 地大氣壓作為測量計(jì)算的基準(zhǔn)壓力值，并在涂料校準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)測量時(shí)分別測量并記錄。
在應(yīng)用光學(xué)壓力敏感涂料進(jìn)行被測物體表面壓力分布測量時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)每天當(dāng)?shù)?大氣壓值存在差異，有時(shí)會(huì)有很大的差值，甚至即使在同一天之內(nèi)，當(dāng)?shù)卮髿鈮褐狄?存在差異。而一般情況下，涂料校準(zhǔn)與實(shí)驗(yàn)測量工作不可能在同一天進(jìn)行，這樣就會(huì) 造成涂料校準(zhǔn)的基準(zhǔn)壓力值與實(shí)驗(yàn)測量的基準(zhǔn)壓力值不一致情況，將會(huì)導(dǎo)致測量處理 過程附加的人為誤差，引起測量精度的下降。同時(shí)， 一般情況下，在確定基準(zhǔn)壓力值的條件下，涂料校準(zhǔn)曲線以基準(zhǔn)壓力值點(diǎn) 測量的涂料試件光強(qiáng)亮度圖像為相應(yīng)的基準(zhǔn)圖像。由于涉及光敏分子的光化學(xué)特性， 不同基準(zhǔn)壓力值點(diǎn)處測量獲得的涂料校準(zhǔn)曲線變化趨勢相同，但在坐標(biāo)值上存在較大 差異，且這種差異包含著諸如光源激發(fā)光波長及濾波、涂料層厚度、數(shù)字成像設(shè)備噪 聲等方面及其他不可控制因素的影響，目前還不能從機(jī)理上通過修正的方法準(zhǔn)確獲得 其數(shù)學(xué)表達(dá)式。
因此，國外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)在應(yīng)用光學(xué)壓力敏感涂料進(jìn)行壓力測量過程中，通常率 先進(jìn)行涂料校準(zhǔn)，并選擇標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力作為基準(zhǔn)，然后開展實(shí)驗(yàn)測量。如此實(shí)施測量， 存在著諸多限制，或者需要其他額外工作為基礎(chǔ)，會(huì)影響實(shí)驗(yàn)測量工作的進(jìn)程。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)精度不高、工作繁瑣的不足，本發(fā)明提供了一種光學(xué)光學(xué)壓力 敏感涂料測量壓力的精度提高方法，能夠進(jìn)一步提高應(yīng)用光學(xué)壓力敏感涂料測量壓力 的精度。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟
1. 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量的預(yù)先設(shè)計(jì)與布置，保證光路的暢通，'即要保證激發(fā)光源所發(fā)出 的激發(fā)光照射到涂料涂層表面，與此同時(shí)數(shù)字成像設(shè)備可以獲得涂層表面的熒光。同 時(shí)要考慮模型的剛性和承受空氣動(dòng)力時(shí)形變情況。若發(fā)生形變，需要在圖像處理中采 取相應(yīng)的解決方案。
2. 對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅砻鎳娡恳怨鈱W(xué)壓力敏感涂料，先在模型表面噴涂底漆，待底漆完 全固化后，再噴涂以含有光敏分子的涂料，并置于大于室溫且小于IO(TC的避光環(huán)境 中使之完全固化；在對(duì)模型進(jìn)行噴涂的同時(shí)，還需要在金屬片上進(jìn)行相同程序的涂料 噴涂工作，并進(jìn)行涂料的固化；待模型涂料層完全固化后，在涂料層表面區(qū)域內(nèi)設(shè)置 不小于16個(gè)的標(biāo)記點(diǎn)。金屬片的尺寸選取為35X35 mm。
3. 根據(jù)預(yù)先確定的實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)置與準(zhǔn)備，安裝模型、擺放激發(fā)光源、 數(shù)字成像設(shè)備等測量系統(tǒng)組件，并進(jìn)行測量系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)設(shè)施的預(yù)運(yùn)轉(zhuǎn)，檢查實(shí)驗(yàn)設(shè)施 和測量系統(tǒng)的可靠性、光路設(shè)計(jì)、模型與光源和成像設(shè)備相對(duì)位置等項(xiàng)目。
4. 實(shí)施實(shí)驗(yàn)測量，在設(shè)定的實(shí)驗(yàn)設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)下，采集不少于20幅的 模型熒光圖像作為模型的壓力圖像，并控制實(shí)驗(yàn)中的環(huán)境溫度小于6(TC，在實(shí)驗(yàn)設(shè)施停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，還需要采集實(shí)驗(yàn)后的實(shí)驗(yàn)設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)的參考條件下模型的熒光圖像， 不少于20幅，并檢査核對(duì)當(dāng)時(shí)的當(dāng)?shù)卮髿鈮褐怠?br> 5. 實(shí)施涂料校準(zhǔn)，以實(shí)驗(yàn)時(shí)的當(dāng)?shù)卮髿鈮毫χ底鳛樾?zhǔn)的基準(zhǔn)壓力值，根據(jù)數(shù)值
模擬的結(jié)果確定校準(zhǔn)的最大、最小壓力和壓力間隔，按照由高至低或由低至高的順序 調(diào)節(jié)密封艙內(nèi)部的壓力值，采集一組相應(yīng)壓力條件下的涂料試件熒光圖像，在校準(zhǔn)中 還應(yīng)采集基準(zhǔn)壓力值處的涂料試件熒光圖像，并以此為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行熒光圖像的比運(yùn)算 和平均運(yùn)算，應(yīng)用最小二乘法擬合并獲得校準(zhǔn)曲線。
6. 對(duì)實(shí)驗(yàn)測量所獲得的壓力圖像以參考圖像為基準(zhǔn)進(jìn)行圖像對(duì)準(zhǔn)，采用圖像匹配 方法來校正模型因承受空氣動(dòng)力而導(dǎo)致的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和變形，然后進(jìn)行參考圖像與壓 力圖像的比運(yùn)算，消除運(yùn)算過程中產(chǎn)生的噪聲，并應(yīng)用涂料校準(zhǔn)曲線進(jìn)行熒光強(qiáng)度之 比與壓力值之比的轉(zhuǎn)換，最終獲得模型表面的壓力分布。
若采用其他對(duì)比測量方法，還需要對(duì)測量的系統(tǒng)精度、不可控制因素等進(jìn)行相應(yīng) 的分析，計(jì)算并檢驗(yàn)測量的誤差水平，以最終確定光學(xué)壓力敏感涂料測量的有效性和 可信程度。
本發(fā)明的有益效果是由于采用本方法，從根本上消除了因當(dāng)?shù)卮髿鈮褐惦S氣象 條件的變化所引起的基準(zhǔn)誤差，以西安地區(qū)為例，在三天之內(nèi)，由于氣候的變化，當(dāng)
地大氣壓值從95.4 KPa變化至98.5 KPa，絕對(duì)差值3.1 KPa，變化量約為3.25%，而工程 測量的誤差精度應(yīng)在5%以內(nèi)，這就意味著在實(shí)驗(yàn)測量和涂料校準(zhǔn)中需要控制測量誤差 在1.75%之內(nèi)，而這是非常困難的。采用所述的測量壓力的精度提高方法，可以從根 本上消除和解決因當(dāng)?shù)卮髿鈮旱淖兓鸬恼`差影響實(shí)驗(yàn)測量精度的問題。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。


圖1是氣流速度馬赫數(shù)為0.3條件下應(yīng)用本發(fā)明所獲得的葉片吸力面壓力分布圖譜。
圖2是氣流速度馬赫數(shù)為0.4條件下應(yīng)用本發(fā)明所獲得的葉片吸力面壓力分布圖譜。
圖3是氣流速度馬赫數(shù)為0.3條件下應(yīng)用本發(fā)明與傳統(tǒng)的表面壓力靜態(tài)掃描裝置 同步測量結(jié)果的對(duì)比情況，其中，圓點(diǎn)表示光學(xué)壓力敏感涂料測量技術(shù)的測量結(jié)果，方點(diǎn)則表示靜態(tài)壓力掃描裝置同步測量的結(jié)果。
圖4是氣流速度馬赫數(shù)為0.4條件下應(yīng)用本發(fā)明與傳統(tǒng)的表面壓力靜態(tài)掃描裝置
同步測量結(jié)果的對(duì)比情況。
具體實(shí)施例方式
方法實(shí)施實(shí)例應(yīng)用光學(xué)壓力敏感涂料對(duì)跨音速葉柵風(fēng)洞出口處孤立直葉片吸力 面的壓力測量。
實(shí)驗(yàn)測量設(shè)備與設(shè)施分別由跨音速葉柵風(fēng)洞、涂有國產(chǎn)光學(xué)壓力敏感涂料的直葉 片和光學(xué)壓力敏感涂料測量系統(tǒng)組成。以壓氣機(jī)整流直葉片的吸力面作為測量壓力表
面，噴涂以國產(chǎn)熒光類光學(xué)壓力敏感涂料作為壓力傳感器，該熒光涂料在0—6(TC范
圍內(nèi)的溫度不敏感性較為理想，可視為溫度不敏感的光學(xué)壓力敏感涂料。將所選孤立 葉片固定在跨音速葉柵風(fēng)洞的出口處。
1. 實(shí)驗(yàn)預(yù)先設(shè)計(jì)與布置。為保證激發(fā)光對(duì)涂料層表面的照射和方便數(shù)字成像設(shè)備 獲得涂料層的熒光圖像，選擇跨音速葉柵風(fēng)洞出口處作為直葉片吸力面的實(shí)驗(yàn)測量部 位，通過葉片以插入方式與基相聯(lián)接，葉片基座由兩個(gè)螺桿垂直固定在葉柵風(fēng)洞出口
處的厚度為20毫米的下導(dǎo)流板之上，葉片前緣與來流方向所成攻角約為20° 。實(shí)驗(yàn) 葉片吸力面有4X10的壓力測壓孔，每列4個(gè)測壓孔與l個(gè)測壓導(dǎo)管相通，IO個(gè)測壓 導(dǎo)管從葉片頂端引出；葉片根部插入l個(gè)鋼制底座，該底座在靠近葉片前緣處沿其高 度開有裂縫，以方便葉片插入。實(shí)驗(yàn)測量時(shí)，由于葉片與其基座屬于插入式固定，在 承受空氣動(dòng)力時(shí)會(huì)葉片會(huì)圍繞其后緣根部發(fā)生微小的旋轉(zhuǎn)，但可以通過圖像處理方式 予以校正。
2. 涂料的噴涂。通過氣壓噴槍對(duì)實(shí)驗(yàn)直葉片吸力面先進(jìn)行底漆的噴涂，待24小 時(shí)后，再進(jìn)行熒光涂料的噴涂，在噴涂的同時(shí)，還對(duì)尺寸為35X35 mm的鋁合金金屬 片進(jìn)行了同步噴涂，以方便進(jìn)行涂料校準(zhǔn)。然后實(shí)驗(yàn)葉片及涂料試件均置于黑暗環(huán)境 下進(jìn)行固化，固化溫度應(yīng)大于室溫且小于10(TC。由于實(shí)驗(yàn)葉片吸力面開設(shè)了 40個(gè)測 壓孔，以此作為標(biāo)記點(diǎn)，略去了設(shè)置標(biāo)記點(diǎn)的過程。
3. 實(shí)驗(yàn)測量的準(zhǔn)備。完成實(shí)驗(yàn)葉片在葉柵出口處下導(dǎo)流板的固定，并將激發(fā)光源 和數(shù)字成像設(shè)備擺放設(shè)置于葉柵風(fēng)洞的同側(cè)，調(diào)整光源和數(shù)字成像設(shè)備與實(shí)驗(yàn)葉片的 相對(duì)位置，保證激發(fā)光可完全覆蓋實(shí)驗(yàn)葉片吸力面涂層，且數(shù)字成像設(shè)備所成圖像可覆蓋驗(yàn)葉片吸力面。為確定葉柵風(fēng)洞出口處的氣流速度與葉柵風(fēng)洞傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)段測量結(jié) 果的關(guān)系，安裝了皮托管，并進(jìn)行了葉柵風(fēng)洞的試運(yùn)轉(zhuǎn)以獲得這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)部位氣流馬
赫數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)風(fēng)洞傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)段氣流馬赫數(shù)為0.7和0.6時(shí)，風(fēng) 洞出口處氣流速度分別為0.4和0.3馬赫。拆下皮托管，通過葉柵風(fēng)洞的測量控制設(shè)備 調(diào)節(jié)其出口處氣流速度。
4. 實(shí)驗(yàn)測量。在實(shí)驗(yàn)設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)前和停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，分別采集50幅熒光圖像作為運(yùn)轉(zhuǎn) 前后的參考圖像。在實(shí)驗(yàn)設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)相對(duì)穩(wěn)定的條件下，采集50幅熒光圖像作為壓力圖 像。由于國產(chǎn)熒光涂料的適應(yīng)溫度范圍應(yīng)小于6(TC，而葉柵風(fēng)洞在一定量儲(chǔ)氣罐壓縮 空氣后，風(fēng)洞的空氣壓縮設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)，這樣會(huì)引起風(fēng)洞出口處環(huán)境溫度的升高，因 此應(yīng)在風(fēng)洞空氣壓縮設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)前完成實(shí)驗(yàn)測量，大約需要2分鐘。每啟動(dòng)一次， 完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下的測量，每次實(shí)驗(yàn)測量還通過實(shí)驗(yàn)葉片吸力面測壓孔應(yīng)用靜態(tài)壓 力掃描裝置進(jìn)行同步測量，并記錄測量結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)之前，還需要記錄當(dāng)?shù)?大氣壓力值，以此作為涂料校準(zhǔn)的基準(zhǔn)壓力。
5. 涂料校準(zhǔn)，以實(shí)驗(yàn)時(shí)的當(dāng)?shù)卮髿鈮毫χ底鳛樾?zhǔn)的基準(zhǔn)壓力值，根據(jù)數(shù)值模擬 的結(jié)果預(yù)先確定涂料校準(zhǔn)的最大、最小壓力并設(shè)置壓力遞增量，按照由高至低或由低 至高的順序調(diào)節(jié)密封艙內(nèi)部的壓力值，每個(gè)壓力值點(diǎn)釆集不少于20幅的涂料試件熒光 圖像，采集應(yīng)包括基準(zhǔn)壓力值處的涂料試件熒光圖像，并以此為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行熒光圖像 的比運(yùn)算和平均運(yùn)算，應(yīng)用最小二乘法擬合并得到校準(zhǔn)曲線。
6. 圖像后處理。對(duì)照檢查實(shí)驗(yàn)測量所獲得的壓力圖像和實(shí)驗(yàn)前后的采集的參考圖 像中實(shí)驗(yàn)葉片位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)行以參考圖像為基準(zhǔn)進(jìn)行圖像對(duì)準(zhǔn)，即采用圖像匹 配方法來校正模型因承受空氣動(dòng)力而導(dǎo)致的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和變形。然后進(jìn)行參考圖像與 壓力圖像的比運(yùn)算，并消除比運(yùn)算過程中產(chǎn)生的噪聲。應(yīng)用涂料校準(zhǔn)曲線完成熒光強(qiáng) 度之比與壓力值之比的數(shù)值轉(zhuǎn)換，最終獲得模型表面的壓力分布。
對(duì)應(yīng)查找傳統(tǒng)靜態(tài)壓力掃描裝置的測量結(jié)果，并提取相應(yīng)測壓孔附近的光學(xué)壓力 敏感涂料測量結(jié)果，進(jìn)行對(duì)比分析，分析計(jì)算兩者之間的誤差，確定其誤差水平。此 次實(shí)驗(yàn)測量，由表l和表2可以發(fā)現(xiàn)，兩種測量技術(shù)的最大誤差存在于0. 3馬赫條件 下，小于4.5%;而在馬赫數(shù)為O. 4條件下，最大相對(duì)誤差小于5%，均在工程允許的程 度之內(nèi)。表1.當(dāng)?shù)卮髿鈮?5.4 KPa和0.3M條件下
光學(xué)壓力敏感涂料測量與傳統(tǒng)的靜壓測量的數(shù)據(jù)對(duì)比
壓力孔編號(hào)靜壓掃描 測量值(bar)光學(xué)壓力敏感 涂料測量值 (bar)絕對(duì)誤差相對(duì)誤差
10,99280.9778-0.0150-0.0151
20.95740.9157-0.0417-0.0436
30.93730.9034-0.0338-0.0361
40.89910.8919-0.0072-O細(xì)O
0.86260.8544-0.0082-0.0095
60.86680.8571-0.0097-0.0111
0.86940.8631-0.0063-0.0073
80.87920.88570.00650.0074
90.89760.89950.00200.0022
100.90910.91620.00710.0078
表2.當(dāng)?shù)卮髿鈮?5.4 KPa和0.4M條件下
光學(xué)壓力敏感涂料測量與傳統(tǒng)的靜壓測量的數(shù)據(jù)對(duì)比
靜壓掃描 光報(bào)力輔
壓力孔編號(hào) 、涂料測量值絕對(duì)誤差 相對(duì)誤差
11.01431.01350扁80.0008
20.95780.952370.00540.0057
0.93330.93358-0細(xì)3-0.0003
40.87420.8908-0.0166-0.0190
50.81520.85586-0.0407-0.0499
60.82180.84685-0.0251-0.0305
70.82660.83289-0.0063-0.0076
80.84650.85819-0.0117-0.0138
90.87550.88154-0.0060-0.0069
100.88630.92577-0.0395-0.0445
實(shí)驗(yàn)測量的實(shí)例說明采用本發(fā)明方法，光學(xué)壓力敏感涂料測量技術(shù)能夠從根本 上消除當(dāng)?shù)卮髿鈮毫χ档牟▌?dòng)引起的誤差，可以在不計(jì)涂料溫度效應(yīng)的前提下提供工 程上可接受的測量結(jié)果。
權(quán)利要求
1、光學(xué)壓力敏感涂料測量壓力的精度提高方法，其特征在于包括下述步驟(a)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量的預(yù)先設(shè)計(jì)與布置，保證光路的暢通，即要保證激發(fā)光源所發(fā)出的激發(fā)光照射到涂料涂層表面，與此同時(shí)數(shù)字成像設(shè)備可以獲得涂層表面的熒光；同時(shí)要考慮模型的剛性和承受空氣動(dòng)力時(shí)形變情況，若發(fā)生形變，需要在圖像處理中采取相應(yīng)的解決方案；(b)對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅砻鎳娡恳怨鈱W(xué)壓力敏感涂料，先在模型表面噴涂底漆，待底漆完全固化后，再噴涂以含有光敏分子的涂料，并置于大于室溫且小于100℃的避光環(huán)境中使之完全固化；在對(duì)模型進(jìn)行噴涂的同時(shí)，還需要在金屬片上進(jìn)行相同程序的涂料噴涂工作，并進(jìn)行涂料的固化；待模型涂料層完全固化后，在涂料層表面區(qū)域內(nèi)設(shè)置不小于16個(gè)的標(biāo)記點(diǎn)；(c)根據(jù)預(yù)先確定的實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)置與準(zhǔn)備，安裝模型、擺放激發(fā)光源、數(shù)字成像設(shè)備等測量系統(tǒng)組件，并進(jìn)行測量系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)設(shè)施的預(yù)運(yùn)轉(zhuǎn)，檢查實(shí)驗(yàn)設(shè)施和測量系統(tǒng)的可靠性、光路設(shè)計(jì)、模型與光源和成像設(shè)備相對(duì)位置等項(xiàng)目；(d)實(shí)施實(shí)驗(yàn)測量，在設(shè)定的實(shí)驗(yàn)設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)下，采集不少于20幅的模型熒光圖像作為模型的壓力圖像，并控制實(shí)驗(yàn)中的環(huán)境溫度小于60℃，在實(shí)驗(yàn)設(shè)施停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，還需要采集實(shí)驗(yàn)后的實(shí)驗(yàn)設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)的參考條件下模型的熒光圖像，不少于20幅，并檢查核對(duì)當(dāng)時(shí)的當(dāng)?shù)卮髿鈮褐担?e)實(shí)施涂料校準(zhǔn)，以實(shí)驗(yàn)時(shí)的當(dāng)?shù)卮髿鈮毫χ底鳛樾?zhǔn)的基準(zhǔn)壓力值，根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果確定校準(zhǔn)的最大、最小壓力和壓力間隔，按照由高至低或由低至高的順序調(diào)節(jié)密封艙內(nèi)部的壓力值，采集一組相應(yīng)壓力條件下的涂料試件熒光圖像，在校準(zhǔn)中還應(yīng)采集基準(zhǔn)壓力值處的涂料試件熒光圖像，并以此為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行熒光圖像的比運(yùn)算和平均運(yùn)算，應(yīng)用最小二乘法擬合并獲得校準(zhǔn)曲線；(f)對(duì)實(shí)驗(yàn)測量所獲得的壓力圖像以參考圖像為基準(zhǔn)進(jìn)行圖像對(duì)準(zhǔn)，采用圖像匹配方法來校正模型因承受空氣動(dòng)力而導(dǎo)致的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和變形，然后進(jìn)行參考圖像與壓力圖像的比運(yùn)算，消除運(yùn)算過程中產(chǎn)生的噪聲，并應(yīng)用涂料校準(zhǔn)曲線進(jìn)行熒光強(qiáng)度之比與壓力值之比的轉(zhuǎn)換，最終獲得模型表面的壓力分布。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光學(xué)壓力敏感涂料測量壓力的精度提高方法，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量的預(yù)先設(shè)計(jì)與布置，對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅砻鎳娡恳怨鈱W(xué)壓力敏感涂料，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)置與準(zhǔn)備，并進(jìn)行測量系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)設(shè)施的預(yù)運(yùn)轉(zhuǎn)，然后實(shí)施實(shí)驗(yàn)測量，經(jīng)過涂料校準(zhǔn)后，校正模型，最終獲得模型表面的壓力分布。本發(fā)明可以從根本上消除和解決因當(dāng)?shù)卮髿鈮旱淖兓鸬恼`差影響實(shí)驗(yàn)測量精度的問題。
文檔編號(hào)G01L11/00GK101290259SQ20081015005
公開日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2008年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月13日
發(fā)明者波 劉, 強(qiáng) 周, 趙旭民, 鄭立新 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)