双用光学压力敏感涂料动态压力校准舱制造技术

本发明专利技术是一种双用光学压力敏感涂料动态压力校准舱，主要用于压力敏感涂料动态压力校准。本发明专利技术解决了压力敏感涂料对动态校准装置的特殊要求，填补了国内在该领域的空白，同时该校准舱分别与电磁阀和扬声器配合使用，即可以完成非周期型校准也可以实现周期型校准，达到一舱两用的效果。为保证压力阶跃模式和正弦模式的方便切换，校准舱舱体专门设计了用于固定压力信号产生源(即电磁阀和扬声器)的结构。为满足压力敏感涂料测压对紫外线光的需求，在校准舱上设计了光路。为减小校准舱体积同时防止压力反射波对校准的干扰，在校准舱实验段内壁面贴有吸音材料。该校准舱不仅结构简单、便于加工、抗干扰能力强，而且可以有效降低实验成本。

【技术实现步骤摘要】
双用光学压力敏感涂料动态压力校准舱
本专利技术涉及一种动态压力校准装置，与电磁阀和扬声器配合使用，既可以完成周期型校准也可以实现非周期型动态校准，主要用于压力敏感涂料动态压力校准。
技术介绍
压力作为自动化控制的热工三参量(压力、温度、流量)之一，在测量与控制中占有非常重要的地位。测压的方式有很多，但每一种都须要对测量设备进行校准，以期获得测量数据，如电信号、光信号等与压力之间的函数关系以及测量系统如灵敏度等的特性。校准有静态校准和动态校准之分，由于科学技术和实验条件的限制，目前人们使用压力测量设备前一般只进行静态校准。然而，在实际应用中测量绝对静态压力的情况很少，且静态校准结果与动态校准结果是不同的，要想压力测量装置给出更准确的测试结果，必须对其进行动态校准。动态校准装置分为两种基本类型：非周期型和周期型。非周期型产生阶跃波或者脉冲波；周期型产生正弦或者其他类型频率可调的周期压力波。目前，非周期型校准装置的阶跃压力发生器主要是激波管，例如专利号为US8079322(shocktube)，北京航天计量测试技术研究所张大有等人在激波管动态压力校准装置上均有成果(宇航计测技术，2004，24(4)：24-27)。但激波管管道都比较长，费用较高，而且对于小型实验室则很不适用。周期型校准装置主要有谐振式、变容积式、变质量式、射流式等。目前应用较多的有振荡射流器和声学共振管，例如专利号为CN1279756A(振荡射流)、CN102135122A(变频射流振荡器)等都是射流振荡类的，还有国外GregoryJW等人在文章“Pressure-sensitivepaintasadistributedopticalmicrophonearray”(TheJournaloftheAcousticalSocietyofAmerica，2006，119：251.)中阐述的声学共振管校准装置。但振荡射流器一般在开放空间内进行校准，对于像光学压敏涂料这种测压方式，会受到外界很多因素的干扰，如光及噪音等，由此造成校准精度下降。而声学共振管为防止压力波反射造成信号干扰，管道一般也很长。此外，无论是振荡射流器还是声学共振管，由于与非周期型校准装置的原理不同，采用的校准舱也不尽相同，在校准实验中需要分别制作两套校准舱，这无疑增加了实验成本。另外，目前最新的光学测压技术——光学压力敏感涂料(PSP，pressuresensitivepaint)测压，由于其测压过程对流场无干扰，实验成本低，可全域测量等优点受到广大实验工作者的亲睐。全球各大有关气动测量机构都逐渐展开了对PSP测量技术的研究应用。除俄罗斯(原苏联)中央航空流体力学研究院(CentralAero-HydrodynamicInstitute，TsAGI)、华盛顿大学(UniformityofWashington，UW)之外，美国主要的PSP技术研究组包括NASALangley、NASAGlenn、波音公司、Arnold共生技术发展中心、美国空军Wright-Patterson实验室等。在欧洲，英国国防部评估和研究局，德国宇航中心，法国的国家空间研究中心等对PSP测量技术的研究都很活跃。PSP测压原理是基于光致发光和氧猝灭原理(即在一定波长的紫外线光照下，涂料中的光敏分子由基态获得能量跃迁到激发态，再次回到基态的过程中发出辐射光，然而遇到氧分子碰撞后返回基态则不发出荧光，而不同压力时氧分子浓度不同，故辐射光强度与压力有一定联系)，也就是说，测量过程中需要设计光路给予紫外线光照，通过采集辐射光的光信号得到压力值，所以普通的动态压力校准舱已无法完成校准。而对于PSP的校准国内一直停留在静态校准的研究上，西北工业大学周强等人(空军工程大学学报，2006，8(6)：72-75)及中国科学院化学研究所(航空学报，2009，30(12)：2435-2448)等在这方面做了大量的工作，但在PSP的动态压力校准方面还未曾有突破。
技术实现思路
针对现有技术的不足，为填补这方面的研究的空白，本专利技术提供一种结构简单、加工成本低、使用性强、抗干扰能力强的新型动态压力校准舱。校准舱在满足压力敏感涂料对校准实验设备需求的同时，既可作为非周期型校准设备也可以作为周期型校准设备。本专利技术的内容是：①为保证压力阶跃模式和正弦模式的方便切换，校准舱舱体专门设计了用于固定压力信号产生源(即电磁阀和扬声器)的结构；②为大幅缩短校准设备体积，同时保证正弦模式下压力变化信号不受压力波反射信号的干扰，在校准舱实验舱体内安装有吸音材料；③为了方便加工，校准舱舱体中用于固定信号源的圆柱形舱体和用于校准实验的方形舱体分开加工，再通过焊接连接在一起；④为满足PSP测压对紫外线光的需求，在校准舱上装有光学玻璃来保证光路畅通。下面详细阐述本专利技术的结构。本专利技术的校准舱主要由舱体、前挡圈2、光学玻璃4、后挡板8及吸音材料17组成。校准舱舱体由圆柱形信号源舱体5和方形实验舱体6焊接在一起，焊接过程中保证压力信号孔14和通孔16同心。后挡板上贴有PSP校准片12和动态压力传感器11。吸音材料17贴在方形实验舱体6的内壁面上。圆柱形信号源舱体5的螺纹孔15在正弦模式下使用，用来固定扬声器；压力信号孔14实质也是螺纹孔，在压力阶跃模式下通过空气转接头18和通气管道与电磁阀连接。方形实验舱体6内部为圆柱形，在圆柱侧壁上对称地开有气源孔13和通孔16。其中，气源孔13用来连接真空罐或空气压缩机，可以使舱体内形成低压或高压环境。在压力阶跃模式下，当电磁阀瞬间打开，舱体内的低压或高压环境短时间内与外界大气压联通，压力发生突变；在正弦模式下，扬声器通过膜的振动使周围空气压力发生相应变化，通过孔14和16使得校准舱内的气压也以同样的规律变化，。方形实验舱体6上安装光学玻璃4，前挡圈2和后挡板8。前挡圈通过紧固螺栓I1将光学玻璃按压在校准舱舱体上形成密封连接，密封方式均为螺纹联接垫圈。光学玻璃与舱体可分离，可根据使用情况随时进行更换。后挡板与舱体亦为密封连接，密封方式与前挡圈相同。后挡板正中间贴有方形铝片，上面涂有压力敏感涂料，为待校准片12。校准片中间开有小孔，用于安装动态压力传感器11，作为PSP压力校准过程中的标准，其压力感受面与校准片的压力感受面齐平，保证校准的准确性。为保护动态压力传感器，将其置于保护套10内。为了保证密封，保护套10与后挡板8之间，以及压力传感器11与保护套10之间均采用环氧树脂密封。为保证校准舱较强的抗干扰能力，在实验舱内壁面上贴有吸音材料17。本专利技术的有益效果是，可以作为新型压力测量方式——光学压敏涂料(PSP)测压的动态压力校准装置，同时可以方便地实现压力阶跃模式和正弦模式动态压力校准的切换，达到一舱两用的效果。不仅结构简单，便于加工，成本低廉而且抗干扰能力强。附图说明图1为校准舱组装图；图2为校准舱三维示意图；图3为校准舱舱体的剖视图；图4为压力阶跃模式下校准装置工作示意图；图5为正弦模式下校准装置工作示意图；对于图中标号的说明：紧固螺栓I1和紧固螺栓II9、前挡圈2、密封垫圈I3和密封垫圈II7、光学玻璃4、圆柱形信号源舱体5、方形实验舱体6、后挡板8、保护套10、动态压力传感器11、校准片12、气源孔13、压力信号孔14本文档来自技高网...

【技术保护点】
双用光学压力敏感涂料动态压力校准舱，其特征在于：由紧固螺栓1和9、前挡圈2、密封垫圈3和7、光学玻璃4、圆柱形信号源舱体5、方形实验舱体6、后挡板8、传感器保护罩10、动态压力传感器11、校准片12、气源孔13、压力信号孔14、螺纹孔15、通孔16、吸音材料17组成。

【技术特征摘要】
1.双用光学压力敏感涂料动态压力校准舱，其特征在于：由紧固螺栓I(1)和紧固螺栓II(9)、前挡圈(2)、密封垫圈I(3)和密封垫圈II(7)、光学玻璃(4)、圆柱形信号源舱体(5)、方形实验舱体(6)、后挡板(8)、传感器保护罩(10)、动态压力传感器(11)、PSP校准片(12)、气源孔(13)、压力信号孔(14)、螺纹孔(15)、通孔(16)、吸音材料(17)组成；其中方形实验舱体(6)正面安装有光学玻璃(4)、密封垫圈I(3)和前挡圈(2)，并用紧固螺栓I(1)与方形实验舱体(6)固定；方形实验舱体(6)背面安装有密封垫圈II(7)和后挡板(8)，并用紧固螺栓II(9)与方形实验舱体(6)固定，其中动态压力传感器(11)安装于传感器保护罩(10)内，并固定于后挡板(8)中心处，PSP校准片(12)粘贴在后挡板(8)上；方形实验舱体(6)内部为圆柱形，在圆柱形侧壁上对称地开有气源孔(13)和通孔(16)，圆柱形信号源舱体(5)的圆心处开有压力信号孔(14)，圆柱形信号源舱体(5)的圆柱端壁上开有螺纹孔(15)，方形实验舱体(6)和圆柱形信号源舱体(5)焊接在一起组成动态压力校准舱舱体，焊接过程中保证压力信号孔(14)和通孔(16)同心。2.根据权利要求1所述的双用光学压力敏感涂料动态压力校准舱，其特征在于：为保证压...

【专利技术属性】
技术研发人员：高丽敏，李瑞宇，刘晓东，胡小全，刘波，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61