[发明专利]考虑静态与正弦压力变化的双用光学压力敏感涂料校准舱

说明书

本发明涉及一种考虑静态与正弦压力变化的双用光学压力敏感涂料校准舱，通过对透明视窗处结构的改进以及多处密封的设计，保证了静态与正弦压力变化两者模式的密封性；同时对静态使用时，专门设计了用于连接电磁阀的静态头，以满足静态模式的测量，本发明实现了一套系统能实现两者模式的兼容测量，节约成本，加工性强。

技术领域

本发明属于仪器仪表技术领域，涉及一种压力校准装置，与高灵敏度电磁阀和高精度扬声器配合使用，主要用于压力敏感涂料的压力校准，既可以完成压力敏感涂料的静态校准也可以实现周期性正弦压力变化的动态校准。

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，但每一种都需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。

目前最新的光学测压技术——光学压力敏感涂料(PSP，pressure sensitivepaint)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 Glenn、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。

同理，这种PSP测压方式也需要进行校准。校准有静态校准和动态校准之分，静态校准的目的是获得信号等与绝对静态压力之间的转换关系，即Stern-Volmer关系(简称S-V关系)：

式中，Pref和Iref分别代表参考压力和参考压力下的光强，P与I表示测量物体表面压力和与之对应的光强值。式(1)中的A、B、C参数是由静态校准实验确定的。

专门用于静态校准的校准舱目前发展比较成熟，以西北工业大学2017年李瑞宇、高丽敏等人的研究为例(Chinese Journal of Aeronautics,(2018),31(6):1198–1205)，该静态校准系统由激发源，气源，CCD相机以及一套标定设备组成。该标定设备将压力调节器、整体加热/冷却板封装于一个黑箱中以提升信噪比。该类设备可以进行5kpa到300kpa压力的静态校准，由于该设备的量程较大，所以相应的测量精度就较低。同时该设备仅用于进行光学压敏涂料的静态校准，而不能用于进行动态校准。

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，必须还要对其进行动态校准，即不仅获得信号与压力的定量关系，还可获得信号对时间的响应关系。