专利名称：压敏涂料压力响应时间及温敏涂料温度响应时间测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及风洞试验压敏涂料/温敏涂料性能测定技术，特别是涉及激波法压敏涂料压力响应时间/温敏涂料温度响应时间测量装置及方法。
背景技术：
风洞压敏涂料试验技术是20世纪80年代发展起来的一种新型的风洞试验技术，它利用了氧分子对探针分子(压敏涂料中活性成份)的荧光猝灭效应，通过测定被激发的探针分子所发射荧光的寿命或强度来获得当地环境压力。由于它是一种“非介入式”的风洞试验技术，对流场干扰小、试验周期短、经济效益显著且具有广阔的扩展用途，因而受到了广泛关注。温敏涂料试验技术是与压敏涂料试验技术伴随发展的，它利用了温度对探针分子(温敏涂料中活性成份)的荧光猝灭效应，通过测定被激发的探针分子所发射荧光的荧光强度来获得被测物体表面当地温度。压敏涂料/温敏涂料是风洞压敏涂料试验技术/温敏涂料试验技术的物质载体，它的性能直接关系到其适用范围及测量数据的精准度，其中压敏涂料/温敏涂料各种性能指标中比较重要的有吸收光谱、发射光谱、光降解率、温度灵敏度特性、压力灵敏度特性、适用的温度范围、对压力/温度的响应时间特性等。在压敏涂料/温敏涂料的众多性能指标中压敏涂料压力响应时间/温敏涂料温度响应时间特性关系到利用图像采集设备(CCD相机、光电倍增管等)采集数据(或图像)的时间点及其适用风洞试验的类型(定常试验、非定常试验)。对于对压力变化响应速度较慢的压敏涂料只能适用于定常状态下的压力测量试验，对于对温度变化响应速度较慢的温敏涂料只能适用于定常状态下的温度测量试验，由于在非定常状态下，测试模型表面存在快速甚至高频的压力/温度波动或变化，非定常压力/温度测量试验必须使用能够对压力/温度变化作出快速响应的快速压力/温度响应涂料。每一种风洞试验用压敏涂料/温敏涂料都必须进行压力响应时间/温度响应时间检测，以确定其响应时间特性，确定其适用范围，对于风洞非定常试验用压敏涂料/温敏涂料，其响应时间特性更是其至关重要的指标之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种利用激波管中运动激波产生的阶跃压力/温度变化进行压敏涂料压力响应时间/温敏涂料温度响应时间测量的装置及方法。采用的技术方案是
压敏涂料压力响应时间及温敏涂料温度响应时间测量系统，包括固定工作台、滑动工作台、产生激波的激波管、用于喷涂压敏涂料的激波管试验壁板、用于监测激波扫过激波管试验区的动态压力传感器、用于产生激励光的LED光源、用于采集压敏涂料荧光信号的光电倍增管、作为激波管光学试验窗口的石英光学玻璃窗。所述的滑动工作台滑动连接固定工作台，激波管以激波管驱动段与滑动工作台固定连接，以激波管试验段置于固定工作台上，石英光学玻璃窗设在激波管上，激波管试验壁板通过激波管上试验壁板接口与激波管连接，动态压力传感器设置在激波管内，提供激波管内压力。所述LED光源和光电倍增管设置在固定工作台上，并与石英光学玻璃窗相对，透过石英光学玻璃窗照射到激波管试验壁板。上述的与激波管试验壁板接口连接的激波管试验壁板可拆卸和更换，待检测的压敏涂料/温敏涂料可直接喷涂到作为激波管试验段一部分的试验壁板表面(测试试验区管腔内表面)。上述的设在激波管上的石英光学玻璃窗为测定装置的光学通道，也是激波管工作管腔的一部分。压敏涂料压力响应时间及温敏涂料温度响应时间测量系统，包括下列步骤
步骤一
将激波管试验壁板从试验装置中分离出来，喷涂测试用压敏涂料/温敏涂料并干燥；
步骤二
将喷涂有测试涂料的激波管试验壁板安装到激波管并做好密封；
步骤三
调整LED光源、光电倍增管，使其处于正常运行状态，并使其通过石英光学玻璃窗对准测试涂料的位置；
步骤四
打开光电倍增管使激波管高压段充压至设计压力，使激波管高压段与低压段之间的隔膜破裂产生激波；
步骤五
分析动态压力传感器记录的激波S到达测试位置的时间，分析光电倍增管记录的测试涂料荧光强度数据曲线，确定激波S扫过后涂料荧光强度达到定常状态下的90%的时间，获得测试涂料的压力/温度响应时间。压敏涂料压力响应时间及温敏涂料温度响应时间测量系统的原理是
利用激波管产生的激波扫过试验区，激波前后的气体压力/温度存在一个明显的差异，且能够保持一段时间的稳定，即相当于在试验区的压敏涂料/温敏涂料上施加一个阶跃式的压力/温度变化，通过激励光源LED发出的激励光照射试验区的压敏涂料/温敏涂料，以光电倍增管作为荧光信号采集设备，采集压敏涂料/温敏涂料发出的荧光强度信号，若在激波管的试验内，由光电倍增管采集的压敏涂料/温敏涂料荧光强度达到定常状态下压敏涂料/温敏涂料荧光强度的90%或以上，即可根据激波前光电倍增管测量的荧光强度变化到激波后光电倍增光测量的荧光强度的时间，获得压敏涂料/温敏涂料对压力/温度变化的响应时间。本发明的优点是
I本发明使用相对成熟的激波管作为产生阶跃压力/温度变化的装置，简单可靠；
2本发明既能进行压敏涂料压力响应时间的测定，也同时完成温敏涂料温度响应时间的测定；
3理论上可以进行响应时间小于ms量级的压敏涂料/温敏涂料响应时间测定。
图1是本发明测定装置示意图。图中1为激波管、2为激波管试验壁板、3为动态压力传感器、4为LED光源、5为光电倍增管、6为光学玻璃窗。图2是本发明激波管理论示意图。图中0表示激波管隔膜位置，I区表示激波管低压段，4区表示激波管高压段，S表示I区低压段入射激波，2区表示隔膜破裂后入射激波S扫过I区后的区域与C之间的区域，3区表示隔膜破裂后产生稀疏波系R
扫过4区后的区域与分界面C之间的区域，P1、P2、P3、P4分别表示1、2、3、4区中的气体压力，Sr表示入射激波S到达I区端部遇到固壁反射的激波，Sr在2区中向隔膜方向传播，C表示2区与3区之间的分界面，Rr表示稀疏波系R到达4区末端后遇到固壁反射后的稀疏波系，Rr在3区中向隔膜方向传播，表示激波管试验区；
图3是本发明压敏涂料压力响应时间检测原理示意图。
具体实施例方式压敏涂料压力响应时间及温敏涂料温度响应时间测量系统，包括固定工作台8、滑动工作台7、产生激波的激波管1、用于喷涂压敏涂料的激波管试验壁板2、用于监测激波扫过激波管试验区的动态压力传感器3、用于产生激励光的LED光源4、用于采集压敏涂料荧光强度信号的光电倍增管5、作为激波管光学试验窗口的石英光学玻璃窗6。所述的滑动工作台7滑动连接固定工作台8，激波管I以激波管驱动段9与滑动工作台7固定连接，以激波管试验段置于固定工作台8上，石英光学玻璃窗6设在激波管I上，所述石英光学玻璃窗为测定装置的光学通道，也是激波管工作管腔的一部分。激波管试验壁板2通过激波管上试验壁板接口与激波管I连接，所述激波管试验壁板2可拆卸和更换，便于待检测的压敏涂料/温敏涂料可直接喷涂激波管I测试试验区管腔内表面。动态压力传感器3设置在激波管I内，提供激波管内压力。所述LED光源4和光电倍增管5设置在固定工作台8上，并与石英光学玻璃窗6相对，透过石英光学玻璃窗照射到激波管试验壁板2，构成激波法压敏涂料压力响应时间/温敏涂料温度响应时间测量装置。压敏涂料压力响应时间及温敏涂料温度响应时间测量系统，图1、图2所示，试验前，将激波管I低压段(图2 (a)中I区)压敏涂料/温敏涂料试验区激波管试验壁板2拆下，清洁激波管试验壁板2试验区表面，喷涂测试用压敏涂料/温敏涂料并干燥，其后，将喷涂有测试涂料的激波管试验壁板2安装到激波管I并做好密封，打开激励LED光源4使LED光源透过适应光学玻璃窗6照射到测试用压敏涂料/温敏涂料表面，打开荧光强度信号采集系统的光电倍增管5，将激波管高压段(图2 (a)中4区)加压至设计压力使激波管高低压段之间的隔膜破裂产生激波S和界面C，激波S在低压段(I区)向前传播将形成激波后区域到界面C的区域(2区)，(2区)中气流的压力和温度均与(I区)中的气体压力与温度不同，当激波S扫过压敏涂料/温敏涂料测试区时，相当于对测试涂料施加了一个压力/温度阶跃变化。动态压力传感器3安装在压敏涂料/温敏涂料测试区，当激波S扫过涂料测试位置时，记录激波S到达时间，这样通过分析激波S到达时间，并分析光电倍增管记录的涂料试样荧光强度变化时间就可以确定涂料试验的压力/温度响应时间，即测试用压敏涂料/温敏涂料的压力/温度响应时间为光电倍增管记录的涂料荧光强度达到定常状态下荧光强度90%的时间与动态压力传感器记录的激波S到达时间之差。
权利要求
1.压敏涂料压力响应时间及温敏涂料温度响应时间测量系统，其特征在于包括固定工作台(7)、滑动工作台(8)、产生激波的激波管(I)、用于喷涂压敏涂料的激波管试验壁板(2)、用于监测激波扫过激波管试验区的动态压力传感器(3)、用于产生激励光的LED光源(4)、用于采集压敏涂料荧光强度信号的光电倍增管(5)、作为激波管光学试验窗口的石英光学玻璃窗(6)，其特征在于所述的滑动工作台(7)滑动连接固定工作台(8)，激波管(I)以激波管驱动段(9)与滑动工作台(7)固定连接，以激波管试验段置于固定工作台(8)上，石英光学玻璃窗(6 )设在激波管(I)上，激波管试验壁板(2 )通过激波管上试验壁板接口与激波管(I)连接，动态压力传感器(3 )设置在激波管(I)内，提供激波管内压力，LED光源(4 )和光电倍增管(5 )设置在固定工作台(8 )上，并与石英光学玻璃窗(6 )相对，透过石英光学玻璃窗照射到激波管试验壁板。
2.根据权利要求1所述的压敏涂料压力响应时间及温敏涂料温度响应时间测量系统，其特征在于所述的与激波管(I)上试验壁板接口连接的激波管试验壁板(2)可拆卸和更换，便于待检测的压敏涂料/温敏涂料可直接喷涂激波管测试试验区管腔内表面。
3.根据权利要求1所述的压敏涂料压力响应时间及温敏涂料温度响应时间测量系统，其特征在于所述的设在激波管(I)上的石英光学玻璃窗(6)为测定装置的光学通道，也是激波管工作管腔的一部分。
4.压敏涂料压力响应时间及温敏涂料温度响应时间测量系统，其特征在于包括下列步骤 步骤一 将激波管试验壁板(2)从试验装置中分离出来，喷涂测试用压敏涂料/温敏涂料并干燥； 步骤二 将喷涂有测试涂料的激波管试验壁板(2)安装到激波管并做好密封； 步骤三 调整LED光源(4)、光电倍增管(5)，使其处于正常运行状态，并使其通过石英光学玻璃窗(6)对准测试涂料的位置； 步骤四 打开光电倍增管(5)使激波管高压段充压至设计压力，使激波管(I)高压段与低压段之间的隔膜破裂产生激波； 步骤五 分析动态压力传感器记录的激波S到达测试位置的时间，分析光电倍增管记录的测试涂料荧光强度数据曲线，确定激波S扫过后涂料荧光强度达到定常状态下的90%的时间，获得测试涂料的压力/温度响应时间。
全文摘要
压敏涂料压力响应时间及温敏涂料温度响应时间测量系统,其测量装置包括激波管、激波管试验壁板、动态压力传感器、LED光源、光电倍增管、石英光学玻璃窗。所述测量方法,包括下列步骤将激波管试验壁板喷涂测试用涂料并干燥；将有测试涂料的激波管试验壁板安装到激波管；调整LED光源、光电倍增管；光电倍增管使激波管高压段充压至设计压力，；分析动态压力传感器记录的激波S到达测试位置的时间，分析光电倍增管记录的测试涂料荧光强度数据曲线，确定激波S扫过后涂料荧光强度达到定常状态下的90%的时间，获得测试涂料的压力/温度响应时间。本发明的测定装置简单可靠，响应时间小于ms量级的压敏涂料/温敏涂料响应时间测定。
文档编号G01N21/64GK103018220SQ20121052995
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者尚金奎, 马晓光, 衷洪杰, 赵民, 王鹏, 孙鹏飞 申请人:中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所