一种基于热色液晶的旋转件测温装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种基于热色液晶的旋转件测温装置。拍摄装置通过消转仪拍摄布置于旋转件表面的热色液晶膜，信号处理装置对拍摄装置获得的静止热色液晶图谱进行分析，进而输出旋转件表面温度场数据，实现旋转件表面温度场可视化过程。本实用新型专利技术包括主轴、支撑轴承、旋转件、热色液晶膜、消转仪、拍摄装置、信号处理装置、加热装置及电机及传动装置。本实用新型专利技术采用非接触式测量，对试件结构和流场性质没有影响，可以输出高分辨率且连续的温度场数据，适用于表面为平面或复杂几何曲面的旋转件，同时具有反应速度快，显示特性好，空间分辨率高，可重复使用等优点。

A temperature measuring device for rotating parts based on thermochromic liquid crystal

The utility model provides a temperature measuring device for rotating parts based on thermochromic liquid crystal. The thermochromic liquid crystal film on the surface of the rotating part is photographed by a deflector. The static thermochromic liquid crystal pattern obtained by the photographing device is analyzed by a signal processing device, and then the data of the surface temperature field of the rotating part is output to realize the visualization of the surface temperature field of the rotating part. The utility model comprises a spindle, a supporting bearing, a rotating part, a thermochromic liquid crystal film, a deflectometer, a photographing device, a signal processing device, a heating device, a motor and a transmission device. The utility model adopts non-contact measurement, which has no influence on the structure and flow field properties of the test pieces, can output high-resolution and continuous temperature field data, and is suitable for rotating parts with plane or complex geometric surfaces. The utility model has the advantages of fast response speed, good display characteristics, high spatial resolution and reusability.

【技术实现步骤摘要】
一种基于热色液晶的旋转件测温装置
本技术涉及旋转件表面温度测量领域，特别涉及一种基于热色液晶的旋转件测温装置。
技术介绍
旋转机械广泛应用于电力、石化、冶金、和航空航天等部门。典型的旋转机械有汽轮机、燃气轮机、离心式和轴流式压缩机、风机、泵、水轮机、发电机和航空发动机等。旋转件是旋转机械一种极其重要和普遍的元件。随着旋转机械设计技术的提高和试验验证的发展，旋转部件换热与流动特性的实验研究越来越广泛和深入，而获得旋转表面温度分布是研究旋转部件换热与流动特性的基础。旋转件测温比较困难，主要难点有：第一难以在转动件上布置测温仪器，以及获取数据的过程较难；第二难以实现旋转件的面温度测量；第三在旋转的条件下精度很难得到保证。国内外现有技术中，对于旋转件表面温度分布的测量主要采用热电偶、示温漆和红外热像仪等方法。热电偶测温方法是采用沿旋转件半径布置的一系列热电偶测得不同半径处的离散点温度分布，要想获得尽可能准确地温度分布，就需要布置尽可能多的测温点，这不仅增加测量难度，而且也无法获得完全连续的温度场分布；采用示温漆测温能获得连续的温度场分布，但示温漆的变化是不可逆的，无法重复使用，每次测温都需要重新布置新的示温漆，增加的试验的复杂性；红外测温技术测量高速旋转盘表面温度存在安装困难等问题，且不适用于高速旋转件的温度测量。其中，热色液晶使用原理为：热色液晶材料可随温度的变化而迅速改变其反射光颜色，且其反射光颜色与温度成单一映射关系，因此在一定的实验方法指导下，通过拍摄装置与计算机数字化图像技术结合的方法来进行采集与处理液晶颜色图像，可测得模型表面连续的温度和热流场分布。消转仪作为一种新的光测手段，能够捕捉高速旋转结构的冻结图像，常应用于高速旋转结构的变形、振动及流场结构的测量中。消转仪使用原理为：若物不动，当消转仪棱镜以角速度ω转动时，其物像将以2ω的角速度同向转动。因此当物以角速度ω转动时，若使消转棱镜以其同轴但角速度为ω/2反向转动，则这时的物像处于静止状态。
技术实现思路
为了避免现有技术存在的不足，本技术提出一种基于热色液晶的旋转件测温装置，能够得到旋转件高分辨率且连续的温度场数据。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种基于热色液晶的旋转件测温装置，包括旋转件、与旋转件连接并驱动其旋转的主轴、为主轴旋转提供动力的电机及传动装置、加热旋转件的加热装置、设置于旋转件表面的热色液晶膜、图像消转仪、拍摄装置、与拍摄装置电性连接的信号处理装置；所述图像消转仪设置于热色液晶膜和拍摄装置之间，图像消转仪的光线入口面对热色液晶膜，图像消转仪的观察口面对拍摄装置的摄像头；调整消转仪中消转棱镜的转速，使得透过图像消转仪的观察口观察到的热色液晶膜处于静止状态；拍摄装置通过图像消转仪的观察口拍摄热色液晶膜的液晶图谱，并将液晶图谱发送至信号处理装置，信号处理装置根据热色液晶颜色与温度之间的对应关系对拍摄出的液晶图谱进行处理，进而输出连续的温度场数据。进一步的，所述加热装置采用气流加热、电加热或辐射加热。进一步的，所述热色液晶膜的布置方式为带状布置、环形布置、片状布置或扇形布置。进一步的，所述旋转件表面为平面结构或曲面结构。基于上述装置的旋转件测温方法，包括如下步骤：步骤1：电机及传动装置驱动主轴旋转，主轴带动旋转件旋转，加热装置加热旋转件；步骤2：旋转件转速稳定后，调整图像消转仪中消转棱镜的转速，使得透过图像消转仪的观察口观察到的热色液晶膜处于静止状态；步骤4：拍摄装置通过图像消转仪的观察口拍摄热色液晶膜的液晶图谱，然后将液晶图谱发送至信号处理装置；步骤5：信号处理装置根据热色液晶颜色与温度之间的对应关系对拍摄出的液晶图谱进行处理，进而输出连续的温度场数据。有益效果：(1)非接触式测量：对试件结构和流场性质没有影响；(2)反应速度快：光信号滞后温度变化的时间极短；(3)显示特性好：在复杂的温度场中，可以显示出从红色到紫色的整个可见光光谱色彩，相应的温度分辨率较高；(4)空间分辨率高；(5)能给出定量测定数据，使旋转件表面温度场可视化，并获得旋转件上完全连续的温度分布；(6)液晶的热色显示特性随温度的变化具有可逆性，该装置可重复使用；(7)图像稳定：通过消转仪拍摄旋转件及热色液晶可获得静止的物像照片；(8)适用于表面为平面或复杂几何曲面的旋转件，且无需安装传感器，减少了设计加工安装的难度。附图说明图1是是表征本技术一种基于热色液晶的旋转件测温装置及方法的示意图。图中标号：1.主轴；2.支撑轴承；3.旋转件；4.热色液晶膜；5.图像消转仪；6.拍摄装置；7.信号处理装置；8.加热装置；9.电机及传动装置。具体实施方式下面结合附图对本技术作更进一步的说明。如图1所示，本技术包括加热装置8、电机及传动装置9、支撑轴承2、旋转件3，热色液晶膜4、图像消转仪5、拍摄装置6、信号处理装置7。其中，本技术中各部件安装方式如下：旋转件3、电机及传动装置9与支撑轴承2安装在主轴1上；支撑轴承2用以支撑主轴1；电机及传动装置9通过驱动主轴1进而使旋转件3旋转；加热装置8与旋转件3连接，通过加热装置8可加热旋转件3；热色液晶膜4布置在旋转件3表面，且热色液晶膜4与旋转件3表面直接接触；图像消转仪5作为观察工具，布置于旋转件3与拍摄装置6之间，并与旋转件3保持合适间距，并该间距应使观察者可通过图像消转仪5观察到清晰且完整的热色液晶膜4；拍摄装置6作为拍摄工具，布置于图像消转仪5之后，并与旋转件3及图像消转仪5保持合适间距，该间距应使拍摄者可通过拍摄装置6透过图像消转仪5拍摄出清晰完整的静态热色液晶图谱；拍摄装置6连接到信号处理装置7，拍摄装置拍摄出的热色液晶图谱可传输到信号处理装置7。本技术的实施方法如下：旋转件3通过电机及传动装置9获得旋转速度，通过加热装置8可加热旋转件，使其温度场发生相应的变化；热色液晶膜4布置在旋转件3表面，并随旋转件3温度变化而产生颜色变化；旋转件3转速稳定后，观察者可调整图像消转仪5中消转棱镜的转速，其具体操作细节为：当旋转件以角速度ω转动时，调整图像消转仪5使消转棱镜以其同轴但角速度为ω/2反向转动，正确调整图像消转仪5后，可透过图像消转仪5观察到处于静止状态的热色液晶膜4，同时也可根据热色液晶膜颜色变化观察出热色液晶膜4温度变化趋势，通过拍摄装置6可实时拍摄液晶图谱，通过拍摄装置6得到的液晶图谱输入到信号处理装置7，信号处理装置7根据热色液晶颜色与温度之间的对应关系对拍摄出的液晶图像进行处理，进而输出高分辨率且连续的温度场数据。以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于热色液晶的旋转件测温装置，其特征在于，包括旋转件(3)、与旋转件(3)连接并驱动其旋转的主轴(1)、为主轴(1)旋转提供动力的电机及传动装置(9)、加热旋转件(3)的加热装置(8)、设置于旋转件(3)表面的热色液晶膜(4)、图像消转仪(5)、拍摄装置(6)、与拍摄装置(6)电性连接的信号处理装置(7)；所述图像消转仪(5)设置于热色液晶膜(4)和拍摄装置(6)之间，图像消转仪(5)的光线入口面对热色液晶膜(4)，图像消转仪(5)的观察口面对拍摄装置(6)的摄像头；调整消转仪(5)中消转棱镜的转速，使得透过图像消转仪(5)的观察口观察到的热色液晶膜(4)处于静止状态；拍摄装置(6)通过图像消转仪(5)的观察口拍摄热色液晶膜(4)的液晶图谱，并将液晶图谱发送至信号处理装置(7)，信号处理装置(7)根据热色液晶颜色与温度之间的对应关系对液晶图谱进行分析和处理，进而输出连续的温度场数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于热色液晶的旋转件测温装置，其特征在于，包括旋转件(3)、与旋转件(3)连接并驱动其旋转的主轴(1)、为主轴(1)旋转提供动力的电机及传动装置(9)、加热旋转件(3)的加热装置(8)、设置于旋转件(3)表面的热色液晶膜(4)、图像消转仪(5)、拍摄装置(6)、与拍摄装置(6)电性连接的信号处理装置(7)；所述图像消转仪(5)设置于热色液晶膜(4)和拍摄装置(6)之间，图像消转仪(5)的光线入口面对热色液晶膜(4)，图像消转仪(5)的观察口面对拍摄装置(6)的摄像头；调整消转仪(5)中消转棱镜的转速，使得透过图像消转仪(5)的观察口观察到的热色液晶膜(4)处于静止状态；拍摄...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锁芳，毛莎莎，胡伟学，董伟林，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32