[发明专利]双用光学压力敏感涂料动态压力校准舱

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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(shock tube)，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Gregory J W等人在文章“Pressure-sensitive paint as a distributed optical microphone array”(The Journal oftheAcoustical Society ofAmerica，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，pressure sensitive paint)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(Central Aero-Hydrodynamic Institute，TsAGI)、华盛顿大学(Uniformity of Washington，UW)之外，美国主要的PSP技术研究组包括NASA Langley、NASA G1enn、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。

发明内容

针对现有技术的不足，为填补这方面的研究的空白，本发明提供一种结构简单、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。