技术领域本发明属于高速两相流动和检测仪器技术领域，具体涉及粉末射流特性的检测方法及装置。
背景技术：
高速粉末射流是由高速运动的气体和固体粉末颗粒组成，常被用于表面喷涂和零件加工。高速粉末射流的特性参数是用于表征粉末射流在一定位置(通常为平面基板)的量化参数，包括粉末喷射量、粉末空间分布、粒径分布等。高速粉末射流的特性参数影响喷涂或加工的质量、效率等，检测方法及装置的开发具有重要意义。目前，通常采用光学检测方法及装置，如高速摄影法(High-speedPhotography)、粒子图像测速法(ParticleImageVelocimetry，PIV)等。这些方法具有如下优点：1)测量精度高。光学检测属于非接触测量，对射流本身没有干扰，可保证较高的测量精度；2)自动化程度高。该方法的检测过程人为因素较少，数据处理通常采用专用软件，有利于实时检测。因此，光学检测方法在粉末射流的特性检测中广泛使用。但是，用于喷涂或加工的高速粉末射流具有运动速度快、运动方向复杂、颗粒浓度高等特点，对于上述的光学检测方法及装置提出了挑战，包括：1)测量高速颗粒困难。光学检测方法需要捕捉颗粒的运动，对于高速颗粒的检测，需要高规格的元器件和装置，产生较大的检测成本；2)测量复杂运动颗粒困难。喷涂或加工过程中，由于存在复杂高速气体运动、喷嘴壁面碰撞、基板碰撞、颗粒间碰撞等干扰，颗粒的运动方向具有较大的分散性。这对于基于颗粒捕捉的光学检测方法，提出了极大的挑战；3)测量高浓度射流困难。用于喷涂或加工的射流通常要进行一定程度的汇聚，中心处的颗粒浓度较大，对于光学检测方法，颗粒分辨困难；4)操作环境要求高。为了保证精密检测仪器正常工作和使用寿命，通常对操作现场的环境参数有较高的要求，如一定的温度、湿度、粉尘含量等。然而，喷涂或加工现场的环境复杂，较难保证稳定可控的操作参数；5)检测成本高。精密仪器的购买成本和使用成本较高，对于工业应用有一定的经济门槛；6)非直接测量。对于某些射流参数，如喷射质量，光学检测方法无法直接获取，间接的测量对精度、周期均有影响。综上，现有的检测方法无法完全满足高速粉末射流特性的检测需要，亟待开发一种替代性或补充性的检测方法，应具有成本较低、操作简便、通用性强、多参数直接测量的特点。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种粉末射流特性的检测方法及装置。为实现上述目的，根据本发明的一方面，提出一种粉末射流特性的检测装置，包括：活动组件，其包括吸附构件和支撑构件，所述吸附构件设置为吸附射流中的粉末，所述支撑构件设置为支撑所述吸附构件；连接组件，用于将所述活动组件固定至粉末射流喷射基板上。根据本发明的一具体实施方案，所述吸附构件为透明或半透明的粘弹性材料。根据本发明的一具体实施方案，所述粘弹性材料为聚丙烯酸甲酯。根据本发明的一具体实施方案，所述支撑构件包括导流结构，该导流结构具有一系列的小立柱，所述小立柱根部固定在所述支撑构件底部，穿过所述吸附构件并且伸出一定高度。根据本发明的一具体实施方案，设定射流中心为坐标圆心，所述小立柱在垂直于射流的平面内沿径向方向交替排列。根据本发明的一具体实施方案，所述支撑构件包括支撑结构和锚固结构，所述锚固结构位于所述支撑结构底部。根据本发明的一具体实施方案，所述支撑构件包括温控结构和/或提供中心向外尺寸读数的标尺结构。根据本发明的一方面，提供一种粉末射流特性的检测方法，其特征在于包括：(1)在喷射基板上设置一检测装置；(2)所述检测装置捕捉射流中的粉末；(3)读取检测装置上的标尺或经过后处理获得量化的射流特性参数。根据本发明的一具体实施方案，所述检测方法在步骤(1)之前还包括初始装置步骤：包括获取所述装置的重量。根据本发明的一具体实施方案，上述检测方法中，所述射流特性参数包括射流喷射量和/或粒径分布。通过上述技术方案，本发明的有益效果在于：(1)本发明采用“捕捉-测量”一体化的检测方法及装置，利用专用的吸附构件捕捉高速粉末，对射流的影响小、粉末信息保存完整；(2)借助自带的标尺可直接读取特性参数和便于后续处理获取更全面的特性参数，相比传统光学检测方法及装置；(3)通过设置透明或半透明的粘弹性材料，尤其是聚甲基丙烯酸甲酯，达到可吸附、不变性、不变形的特点，适应性强，满足各种不同粉末、不同速度的需要；(4)通过设置导流结构，气流向外流动的同时，粉末在惯性作用下逐级被阻挡，充分起到吸附的作用；(5)通过设置温控结构、标尺结构等功能性构件，实现了各种粉末射流参数的测量；(6)本发明所公开具有成本低、操作简便、通用性强等特点，有利于高速粉末射流的科学研究与工程应用。附图说明图1为根据本发明一实施例的检测过程的流程图；图2为根据本发明一实施例的检测装置的安装图；图3为根据本发明一实施例的检测装置的构成图；图4为根据本发明一实施例的检测装置的整体结构示意图；图5为根据本发明一实施例的检测装置中活动组件的结构示意图；图6A和6B分别为根据本发明一实施例的检测装置中固定组件的局部截面示意图和整体剖视图；图7为根据本发明一实施例的检测装置对粉末射流实现导流与分离的原理图；图8为根据本发明一实施例的通过检测装置获取粉末分布范围的原理图图中附图标记具有如下含义：1.喷射喷嘴；2.检测装置；3.喷射基板；21.支撑构件；22.连接构件；23.固定构件；24.吸附构件；211.支撑结构；212.定位结构；213.温控结构；214.锚固结构；215.标尺结构；216.导流结构；231.水平基准；232.水平基准/定位结构(外)；233.定位/支撑结构(内)；234.定位/支撑结构(内)；235.温控装置。具体实施方式根据本发明总体上的发明构思，提供一种粉末射流特性的检测装置，包括：活动组件，其包括吸附构件和支撑构件，所述吸附构件设置为吸附射流中的粉末，所述支撑构件设置为支撑所述吸附构件；连接组件，用于将所述活动组件固定至喷射基板上。其中，活动组件和连接组件为必需结构，固定组件则根据检测需要而可选。活动组件是检测装置的主要组成部分，用以完成粉末吸附和参数测量等检测装置的主要功能；连接组件将活动组件固定到喷射基板上；固定组件则提供精确定位、温度控制等辅助功能。在典型检测装置中，辅助功能可由固定组件完成，使得活动组件的结构尽量简单、重量尽量小、成本尽量低；固定组件可重复使用，活动组件则设计为一次性。对于活动组件，其包括吸附构件和支撑构件。吸附构件用以吸附高速运动的粉末，其上表面的位置与射流的待测位置一致。吸附构件的设计要求如下：(1)可吸附(表面粘接或嵌入吸收)高速运动的粉末；(2)上表面平整，具有一定的形位精度；(3)在高速射流冲击下不变性(可承受射流的温度、冲击力等)、不变形(支撑构件辅助)；(4)在一定条件下可以达到透明或半透明状态。材料的选用是关键。通常，采用透明的粘弹性材料。支撑构件用以定位及固定吸附构件、对高速射流实现导流，包含如下结构：(1)支撑结构。位于支撑构件的外轮廓，用以支撑吸附构件，防止在静置或检测中时，材料发生外溢；(2)定位结构。位于支撑构件的外侧和底部，用以与喷射基体之间建立定位关系，为标尺结构提供基准；(3)温控结构。为吸附构件提供合适的温度范围，分为被动式和主动式。被动式温控结构为强化传热或弱化传热的结构/材料，如利用空腔结构降低传热，以使得吸附构件的温度保持在工作范围内；主动式温控结构指通过能量输入以实现温度的闭环或开环控制的装置。温控结构为可选结构；(4)锚固结构。位于支撑构件的底部，防止吸附构件在高速射流冲击下变形和位移的辅助结构，也为大面积的支撑底板提供类似加强筋的强化功能；(5)标尺结构。位于支撑构件的底部，以定位结构为基准，提供从中心向外侧的标准尺寸的读数，通常为以中心为圆心的一系列同心圆。(6)导流结构。支撑构件的主要组成部分，用以对高速粉末射流进行气固分离、粉末位置捕获等功能，具有较强的设计性。设计的基本理论依据是气固两相流动的规律。可设计一系列的导流/阻挡结构，使得气流/颗粒发生分离，粉末被阻挡后被吸附到相应的位置。防止吸附材料在高速射流冲击下发生变形是关键，需通过材料的选择(力学性能、温度敏感性等)、对提供支撑功能的结构(支撑结构、锚固结构、标尺结构、导流结构等)进行综合优化等方式实现。对于粉末喷射量的精确测量，要求活动组件具有较低的重量，为此需对该部件进行轻质化设计，包括轻质材料的选用、功能的最小化(非必需功能向固定组件转移)、结构的轻质化设计等。对于固定组件固定组件用以提供定位/支撑/安装、温度控制等辅助功能，可选，通常包含如下结构。(1)水平基准。用以确定检测装置的安装水平度的结构，通常为可标定的高精度平面，为水平测量仪提供基准。为了增加检测装置的通用性，以适应不同方向设立的检测要求，在不同方向设计多组水平基准；(2)外部定位结构。用以确定检测装置与喷射基板的定位关系，可为可标定的高精度平面等，视情况进行多组布置；(3)外部安装结构。用以将检测装置固定在喷射基板，可设计为可拆除或不可拆除。(4)内部定位/支撑结构。用以对活动组件进行定位和支撑；(4)温控结构。用以保持吸附构件的正常工作温度，可对活动组件的温控结构进行替代、补充等。对于通用性设计，根据使用场合和精度要求，检测装置可具有不同的结构搭配和设计要求。例如对于高精度的检测装置，通常选用高规则材料(如选用轻质材料以降低重量、选用温度-性能波动范围小的吸附材料以精确控制粉末吸附等)、采用高精度的定位/安装结构、设计定制化的导流结构(根据喷射材料、喷射速度等，对导流结构进行优化，最小化检测装置对射流本身的干扰)、选用精确的温度控制结构(如使用闭环控制的主动温度控制装置)。基于同一发明构思，本发明还提供一种粉末射流特性的检测方法：将检测装置安装在喷嘴和基板之间，以吸附喷射的粉末，通过直接读取或后续处理得到多种的射流特性的参数。具体操作如下：1)初始装置。通过该步骤，获取装置的初始质量。此处的装置，一般指检测装置的活动组件，也可将吸附构件从支撑构件剥离，仅以吸附构件为测量对象。2)安装装置。将检测装置以一定的定位精度安装到喷射装置的基板上。为了获取指定位置的射流特性，要将吸附构件的上表面调整到相应位置。3)吸附粉末。通过喷嘴喷射的高速射流，经过导流结构，粘接或嵌入到吸附构件上，粉末沉积到相应位置，供射流参数的提取。4)读取与获取参数。粉末空间分布范围等射流特性参数可通过标尺直接读取，射流喷射量、粒径分布等射流特性参数则需借助后续处理获取。特性参数的直接读取和获取1)粉末的分布范围粉末的分布范围由直径来表征，可通过检测装置的标尺直接读取。为了得到更全面的分布特性参数，可利用光学显微镜得到吸附构件(含粉末)的图像，通过图像处理技术和统计分析技术更准确的参数。为了得到粒径的空间分布，可借助标尺，在不同位置对粉末取样，然后通过显微技术得到粒径的大小，借助图像处理技术和统计分析技术，得到粒径的空间分布信息。2)粉末喷射量的获取粉末喷射量是单位时间通过喷嘴喷射出的粉末总量，通过粉末沉积率来表征。q=mdeposition-mdevicet]]>mdeposition为喷射后装置的总重量，单位为kg；mdevice为喷射前装置的总重量，单位为kg；t为总喷射时间，单位为s。此处的装置，一般指检测装置的活动组件，也可将吸附构件从支撑构件剥离，仅以吸附构件为测量对象。如果沉积的粉末量为小量，则需将粉末从吸附构件中分离，单独测量沉积的粉末。在下文中，将提供实施例以详细说明本发明的实施方案。本发明的优点以及功效将通过本发明所公开的内容而更为显著。在此说明所附的附图简化过且做为例示用。附图中所示的组件数量、形状及尺寸可依据实际情况而进行修改，且组件的配置可能更为复杂。本发明中也可进行其他方面的实践或应用，且不偏离本发明所定义的精神及范畴的条件下，可进行各种变化以及调整。参照图1，本实施例所公开的检测方法包括初始装置、安装装置、吸附粉末、读取参数和获取参数。初始装置阶段，将吸附构件(含支撑构件)水平放入通风烘箱，温度设定为100℃，保温15min，然后对吸附构件进行称重；安装装置的操作参照图3，本实施方式所公开的检测装置2水平安装在垂直喷射的喷嘴1和水平放置的基板3之间；吸附粉末阶段，粉末射流(铜金属粉末，粒径中值为30微米，速度为300m/s，温度为室温)从喷嘴喷出后，经过检测装置的导流和分离，气体按原路径流出，粉末在原位被吸附；粉末射流特性可直接读取或经后处理获取。参照图8，通过检测装置直接读取粉末分布范围(直径)。参照图2和图4，本实施例所公开的检测装置包含支撑构件21、连接构件22、固定构件23和吸附构件24。支撑构件和吸附构件共同组成活动组件，连接构件组成连接组件，固定构件组成固定组件。其中，活动组件提供检测装置的主要功能，由固定组件定位和支撑，通过连接组件固定在基板上。本实施例中，连接构件选用高强度双面胶。吸附构件是检测装置中的关键组成，用于捕捉高速射流中的粉末颗粒。本实施例中使用聚甲基丙烯酸甲酯(Poly(methylmethacrylate)，PMMA)制作吸附构件。该材料透光性好，常温下呈固态，随着温度升高逐渐软化，到玻璃转换温度时(90℃)表现为粘弹性，可通过调整温度适应不同粉末、不同速度的检测需要。参照图5，本实施例所公开的活动构件包括吸附构件24和支撑构件，支撑构件包括支撑结构211、定位结构(212)、温控结构(213)、锚固结构(214)、标尺结构(215)、导流结构(216)。支撑结构对吸附构件的外圈进行约束，方式向外溢出；定位结构为相互处置的两个平面，与固定构件23的相应平面组成定位和配合关系；温控结构为空腔，为被动式，具有较低传热系数的空气降低向外的传热量，对吸附构件起到保温效果，使其保持设定的工作温度；锚固结构对吸附构件起到固定作用，本实施例中采用内凹的弧形结构，令吸附构件伸入，通过界面粘接、机械咬合等机制，将吸附构件固定；标尺结构是分布检测的尺寸基准，本实施例中标尺结构位于底部，基本距离为0.5mm，最终结果可参考图8。需要注意的是，本实施例中的锚固结构提供了部分标尺功能，而标尺结构也提供了部分锚固功能；导流结构是检测装置中的关键组成。参照图2和图5，导流结构的基本单元是一系列的小立柱，其根部固定在支撑构件的底部，穿过吸附构件并伸出一定高度该高度值可以为实现本发明的任意高度，目的是发挥导流功能。参照图7，小立柱沿径向方向交替排列，高速射流中的气体绕过多组立柱向外流动，其中的粉末在惯性作用下逐级被立柱阻挡而被底部的吸附材料捕捉。参照图6A和图6B，本实施例所公开的固定构件包括水平基准231、外部水平基准/定位结构232、内部定位/支撑结构233、234、温控装置。水平基准是确定测量装置水平度的基准，为具有6级形位公差的平面，用于安放水平仪，本实施例中的水平基准为两个相互垂直的平面，若基板水平放置，则使用水平方向的平面作为基准，若基板竖直放置，则使用垂直方向的平面作为基准；外部定位结构用以将检测装置固定在喷射基板，本实施例中设计为与双面胶配合使用的平面；内部定位/支撑结构以对活动组件进行定位和支撑，本实施例中设计为相互垂直的平面结构；温控结构用以保持吸附构件的正常工作温度，本实例中为被动式传热的钢板结构。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。