專利名稱：壓敏涂料壓力響應(yīng)時間及溫敏涂料溫度響應(yīng)時間測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)洞試驗壓敏涂料/溫敏涂料性能測定技術(shù)，特別是涉及激波法壓敏涂料壓力響應(yīng)時間/溫敏涂料溫度響應(yīng)時間測量裝置及方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)洞壓敏涂料試驗技術(shù)是20世紀80年代發(fā)展起來的一種新型的風(fēng)洞試驗技術(shù)，它利用了氧分子對探針分子(壓敏涂料中活性成份)的熒光猝滅效應(yīng)，通過測定被激發(fā)的探針分子所發(fā)射熒光的壽命或強度來獲得當?shù)丨h(huán)境壓力。由于它是一種“非介入式”的風(fēng)洞試驗技術(shù)，對流場干擾小、試驗周期短、經(jīng)濟效益顯著且具有廣闊的擴展用途，因而受到了廣泛關(guān)注。溫敏涂料試驗技術(shù)是與壓敏涂料試驗技術(shù)伴隨發(fā)展的，它利用了溫度對探針分子(溫敏涂料中活性成份)的熒光猝滅效應(yīng)，通過測定被激發(fā)的探針分子所發(fā)射熒光的熒光強度來獲得被測物體表面當?shù)販囟?。壓敏涂?溫敏涂料是風(fēng)洞壓敏涂料試驗技術(shù)/溫敏涂料試驗技術(shù)的物質(zhì)載體，它的性能直接關(guān)系到其適用范圍及測量數(shù)據(jù)的精準度，其中壓敏涂料/溫敏涂料各種性能指標中比較重要的有吸收光譜、發(fā)射光譜、光降解率、溫度靈敏度特性、壓力靈敏度特性、適用的溫度范圍、對壓力/溫度的響應(yīng)時間特性等。在壓敏涂料/溫敏涂料的眾多性能指標中壓敏涂料壓力響應(yīng)時間/溫敏涂料溫度響應(yīng)時間特性關(guān)系到利用圖像采集設(shè)備(CCD相機、光電倍增管等)采集數(shù)據(jù)(或圖像)的時間點及其適用風(fēng)洞試驗的類型(定常試驗、非定常試驗)。對于對壓力變化響應(yīng)速度較慢的壓敏涂料只能適用于定常狀態(tài)下的壓力測量試驗，對于對溫度變化響應(yīng)速度較慢的溫敏涂料只能適用于定常狀態(tài)下的溫度測量試驗，由于在非定常狀態(tài)下，測試模型表面存在快速甚至高頻的壓力/溫度波動或變化，非定常壓力/溫度測量試驗必須使用能夠?qū)毫?溫度變化作出快速響應(yīng)的快速壓力/溫度響應(yīng)涂料。每一種風(fēng)洞試驗用壓敏涂料/溫敏涂料都必須進行壓力響應(yīng)時間/溫度響應(yīng)時間檢測，以確定其響應(yīng)時間特性，確定其適用范圍，對于風(fēng)洞非定常試驗用壓敏涂料/溫敏涂料，其響應(yīng)時間特性更是其至關(guān)重要的指標之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種利用激波管中運動激波產(chǎn)生的階躍壓力/溫度變化進行壓敏涂料壓力響應(yīng)時間/溫敏涂料溫度響應(yīng)時間測量的裝置及方法。采用的技術(shù)方案是
壓敏涂料壓力響應(yīng)時間及溫敏涂料溫度響應(yīng)時間測量系統(tǒng)，包括固定工作臺、滑動工作臺、產(chǎn)生激波的激波管、用于噴涂壓敏涂料的激波管試驗壁板、用于監(jiān)測激波掃過激波管試驗區(qū)的動態(tài)壓力傳感器、用于產(chǎn)生激勵光的LED光源、用于采集壓敏涂料熒光信號的光電倍增管、作為激波管光學(xué)試驗窗口的石英光學(xué)玻璃窗。所述的滑動工作臺滑動連接固定工作臺，激波管以激波管驅(qū)動段與滑動工作臺固定連接，以激波管試驗段置于固定工作臺上，石英光學(xué)玻璃窗設(shè)在激波管上，激波管試驗壁板通過激波管上試驗壁板接口與激波管連接，動態(tài)壓力傳感器設(shè)置在激波管內(nèi)，提供激波管內(nèi)壓力。所述LED光源和光電倍增管設(shè)置在固定工作臺上，并與石英光學(xué)玻璃窗相對，透過石英光學(xué)玻璃窗照射到激波管試驗壁板。上述的與激波管試驗壁板接口連接的激波管試驗壁板可拆卸和更換，待檢測的壓敏涂料/溫敏涂料可直接噴涂到作為激波管試驗段一部分的試驗壁板表面(測試試驗區(qū)管腔內(nèi)表面)。上述的設(shè)在激波管上的石英光學(xué)玻璃窗為測定裝置的光學(xué)通道，也是激波管工作管腔的一部分。壓敏涂料壓力響應(yīng)時間及溫敏涂料溫度響應(yīng)時間測量系統(tǒng)，包括下列步驟
步驟一
將激波管試驗壁板從試驗裝置中分離出來，噴涂測試用壓敏涂料/溫敏涂料并干燥；
步驟二
將噴涂有測試涂料的激波管試驗壁板安裝到激波管并做好密封；
步驟三
調(diào)整LED光源、光電倍增管，使其處于正常運行狀態(tài)，并使其通過石英光學(xué)玻璃窗對準測試涂料的位置；
步驟四
打開光電倍增管使激波管高壓段充壓至設(shè)計壓力，使激波管高壓段與低壓段之間的隔膜破裂產(chǎn)生激波；
步驟五
分析動態(tài)壓力傳感器記錄的激波S到達測試位置的時間，分析光電倍增管記錄的測試涂料熒光強度數(shù)據(jù)曲線，確定激波S掃過后涂料熒光強度達到定常狀態(tài)下的90%的時間，獲得測試涂料的壓力/溫度響應(yīng)時間。壓敏涂料壓力響應(yīng)時間及溫敏涂料溫度響應(yīng)時間測量系統(tǒng)的原理是
利用激波管產(chǎn)生的激波掃過試驗區(qū)，激波前后的氣體壓力/溫度存在一個明顯的差異，且能夠保持一段時間的穩(wěn)定，即相當于在試驗區(qū)的壓敏涂料/溫敏涂料上施加一個階躍式的壓力/溫度變化，通過激勵光源LED發(fā)出的激勵光照射試驗區(qū)的壓敏涂料/溫敏涂料，以光電倍增管作為熒光信號采集設(shè)備，采集壓敏涂料/溫敏涂料發(fā)出的熒光強度信號，若在激波管的試驗內(nèi)，由光電倍增管采集的壓敏涂料/溫敏涂料熒光強度達到定常狀態(tài)下壓敏涂料/溫敏涂料熒光強度的90%或以上，即可根據(jù)激波前光電倍增管測量的熒光強度變化到激波后光電倍增光測量的熒光強度的時間，獲得壓敏涂料/溫敏涂料對壓力/溫度變化的響應(yīng)時間。本發(fā)明的優(yōu)點是
I本發(fā)明使用相對成熟的激波管作為產(chǎn)生階躍壓力/溫度變化的裝置，簡單可靠；
2本發(fā)明既能進行壓敏涂料壓力響應(yīng)時間的測定，也同時完成溫敏涂料溫度響應(yīng)時間的測定；
3理論上可以進行響應(yīng)時間小于ms量級的壓敏涂料/溫敏涂料響應(yīng)時間測定。


圖1是本發(fā)明測定裝置示意圖。圖中1為激波管、2為激波管試驗壁板、3為動態(tài)壓力傳感器、4為LED光源、5為光電倍增管、6為光學(xué)玻璃窗。圖2是本發(fā)明激波管理論示意圖。圖中0表示激波管隔膜位置，I區(qū)表示激波管低壓段，4區(qū)表示激波管高壓段，S表示I區(qū)低壓段入射激波，2區(qū)表示隔膜破裂后入射激波S掃過I區(qū)后的區(qū)域與C之間的區(qū)域，3區(qū)表示隔膜破裂后產(chǎn)生稀疏波系R
掃過4區(qū)后的區(qū)域與分界面C之間的區(qū)域，P1、P2、P3、P4分別表示1、2、3、4區(qū)中的氣體壓力，Sr表示入射激波S到達I區(qū)端部遇到固壁反射的激波，Sr在2區(qū)中向隔膜方向傳播，C表示2區(qū)與3區(qū)之間的分界面，Rr表示稀疏波系R到達4區(qū)末端后遇到固壁反射后的稀疏波系，Rr在3區(qū)中向隔膜方向傳播，表示激波管試驗區(qū)；
圖3是本發(fā)明壓敏涂料壓力響應(yīng)時間檢測原理示意圖。
具體實施例方式壓敏涂料壓力響應(yīng)時間及溫敏涂料溫度響應(yīng)時間測量系統(tǒng)，包括固定工作臺8、滑動工作臺7、產(chǎn)生激波的激波管1、用于噴涂壓敏涂料的激波管試驗壁板2、用于監(jiān)測激波掃過激波管試驗區(qū)的動態(tài)壓力傳感器3、用于產(chǎn)生激勵光的LED光源4、用于采集壓敏涂料熒光強度信號的光電倍增管5、作為激波管光學(xué)試驗窗口的石英光學(xué)玻璃窗6。所述的滑動工作臺7滑動連接固定工作臺8，激波管I以激波管驅(qū)動段9與滑動工作臺7固定連接，以激波管試驗段置于固定工作臺8上，石英光學(xué)玻璃窗6設(shè)在激波管I上，所述石英光學(xué)玻璃窗為測定裝置的光學(xué)通道，也是激波管工作管腔的一部分。激波管試驗壁板2通過激波管上試驗壁板接口與激波管I連接，所述激波管試驗壁板2可拆卸和更換，便于待檢測的壓敏涂料/溫敏涂料可直接噴涂激波管I測試試驗區(qū)管腔內(nèi)表面。動態(tài)壓力傳感器3設(shè)置在激波管I內(nèi)，提供激波管內(nèi)壓力。所述LED光源4和光電倍增管5設(shè)置在固定工作臺8上，并與石英光學(xué)玻璃窗6相對，透過石英光學(xué)玻璃窗照射到激波管試驗壁板2，構(gòu)成激波法壓敏涂料壓力響應(yīng)時間/溫敏涂料溫度響應(yīng)時間測量裝置。壓敏涂料壓力響應(yīng)時間及溫敏涂料溫度響應(yīng)時間測量系統(tǒng)，圖1、圖2所示，試驗前，將激波管I低壓段(圖2 (a)中I區(qū))壓敏涂料/溫敏涂料試驗區(qū)激波管試驗壁板2拆下，清潔激波管試驗壁板2試驗區(qū)表面，噴涂測試用壓敏涂料/溫敏涂料并干燥，其后，將噴涂有測試涂料的激波管試驗壁板2安裝到激波管I并做好密封，打開激勵LED光源4使LED光源透過適應(yīng)光學(xué)玻璃窗6照射到測試用壓敏涂料/溫敏涂料表面，打開熒光強度信號采集系統(tǒng)的光電倍增管5，將激波管高壓段(圖2 (a)中4區(qū))加壓至設(shè)計壓力使激波管高低壓段之間的隔膜破裂產(chǎn)生激波S和界面C，激波S在低壓段(I區(qū))向前傳播將形成激波后區(qū)域到界面C的區(qū)域(2區(qū))，(2區(qū))中氣流的壓力和溫度均與(I區(qū))中的氣體壓力與溫度不同，當激波S掃過壓敏涂料/溫敏涂料測試區(qū)時，相當于對測試涂料施加了一個壓力/溫度階躍變化。動態(tài)壓力傳感器3安裝在壓敏涂料/溫敏涂料測試區(qū)，當激波S掃過涂料測試位置時，記錄激波S到達時間，這樣通過分析激波S到達時間，并分析光電倍增管記錄的涂料試樣熒光強度變化時間就可以確定涂料試驗的壓力/溫度響應(yīng)時間，即測試用壓敏涂料/溫敏涂料的壓力/溫度響應(yīng)時間為光電倍增管記錄的涂料熒光強度達到定常狀態(tài)下熒光強度90%的時間與動態(tài)壓力傳感器記錄的激波S到達時間之差。
權(quán)利要求
1.壓敏涂料壓力響應(yīng)時間及溫敏涂料溫度響應(yīng)時間測量系統(tǒng)，其特征在于包括固定工作臺(7)、滑動工作臺(8)、產(chǎn)生激波的激波管(I)、用于噴涂壓敏涂料的激波管試驗壁板(2)、用于監(jiān)測激波掃過激波管試驗區(qū)的動態(tài)壓力傳感器(3)、用于產(chǎn)生激勵光的LED光源(4)、用于采集壓敏涂料熒光強度信號的光電倍增管(5)、作為激波管光學(xué)試驗窗口的石英光學(xué)玻璃窗(6)，其特征在于所述的滑動工作臺(7)滑動連接固定工作臺(8)，激波管(I)以激波管驅(qū)動段(9)與滑動工作臺(7)固定連接，以激波管試驗段置于固定工作臺(8)上，石英光學(xué)玻璃窗(6 )設(shè)在激波管(I)上，激波管試驗壁板(2 )通過激波管上試驗壁板接口與激波管(I)連接，動態(tài)壓力傳感器(3 )設(shè)置在激波管(I)內(nèi)，提供激波管內(nèi)壓力，LED光源(4 )和光電倍增管(5 )設(shè)置在固定工作臺(8 )上，并與石英光學(xué)玻璃窗(6 )相對，透過石英光學(xué)玻璃窗照射到激波管試驗壁板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓敏涂料壓力響應(yīng)時間及溫敏涂料溫度響應(yīng)時間測量系統(tǒng)，其特征在于所述的與激波管(I)上試驗壁板接口連接的激波管試驗壁板(2)可拆卸和更換，便于待檢測的壓敏涂料/溫敏涂料可直接噴涂激波管測試試驗區(qū)管腔內(nèi)表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓敏涂料壓力響應(yīng)時間及溫敏涂料溫度響應(yīng)時間測量系統(tǒng)，其特征在于所述的設(shè)在激波管(I)上的石英光學(xué)玻璃窗(6)為測定裝置的光學(xué)通道，也是激波管工作管腔的一部分。
4.壓敏涂料壓力響應(yīng)時間及溫敏涂料溫度響應(yīng)時間測量系統(tǒng)，其特征在于包括下列步驟 步驟一 將激波管試驗壁板(2)從試驗裝置中分離出來，噴涂測試用壓敏涂料/溫敏涂料并干燥； 步驟二 將噴涂有測試涂料的激波管試驗壁板(2)安裝到激波管并做好密封； 步驟三 調(diào)整LED光源(4)、光電倍增管(5)，使其處于正常運行狀態(tài)，并使其通過石英光學(xué)玻璃窗(6)對準測試涂料的位置； 步驟四 打開光電倍增管(5)使激波管高壓段充壓至設(shè)計壓力，使激波管(I)高壓段與低壓段之間的隔膜破裂產(chǎn)生激波； 步驟五 分析動態(tài)壓力傳感器記錄的激波S到達測試位置的時間，分析光電倍增管記錄的測試涂料熒光強度數(shù)據(jù)曲線，確定激波S掃過后涂料熒光強度達到定常狀態(tài)下的90%的時間，獲得測試涂料的壓力/溫度響應(yīng)時間。
全文摘要
壓敏涂料壓力響應(yīng)時間及溫敏涂料溫度響應(yīng)時間測量系統(tǒng),其測量裝置包括激波管、激波管試驗壁板、動態(tài)壓力傳感器、LED光源、光電倍增管、石英光學(xué)玻璃窗。所述測量方法,包括下列步驟將激波管試驗壁板噴涂測試用涂料并干燥；將有測試涂料的激波管試驗壁板安裝到激波管；調(diào)整LED光源、光電倍增管；光電倍增管使激波管高壓段充壓至設(shè)計壓力，；分析動態(tài)壓力傳感器記錄的激波S到達測試位置的時間，分析光電倍增管記錄的測試涂料熒光強度數(shù)據(jù)曲線，確定激波S掃過后涂料熒光強度達到定常狀態(tài)下的90%的時間，獲得測試涂料的壓力/溫度響應(yīng)時間。本發(fā)明的測定裝置簡單可靠，響應(yīng)時間小于ms量級的壓敏涂料/溫敏涂料響應(yīng)時間測定。
文檔編號G01N21/64GK103018220SQ20121052995
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者尚金奎, 馬曉光, 衷洪杰, 趙民, 王鵬, 孫鵬飛 申請人:中國航空工業(yè)集團公司沈陽空氣動力研究所