[发明专利]一种基于正弦压力的动态压敏漆校准装置及校准方法

权利要求书

1.一种基于正弦压力的动态压敏漆校准装置，其特征在于：包括进气口、喷口、多孔转盘、预压孔、复位装置、变径活塞、活塞缸、密封盖板、玻璃窗口、端盖、激光测振仪、压敏漆式样、传动带、玻璃窗口、压敏漆光源、光电倍增管、压力室和预压室；

采用电机加传动装置带动多孔转盘，通过切割高压高速射流，对变径活塞产生周期性冲击力，进而在密封压力室内产生正弦变化的压力；装置的主体为变径活塞缸，活塞缸左侧为密封的压力室，压力室侧壁开有一个安装孔用于安装压敏漆式样，同时缸体左端面开有玻璃窗口，缸体侧壁开有玻璃窗口，玻璃窗口由端盖和密封盖板夹紧固定；活塞缸右侧为一容腔，其中安装用于活塞复位的复位装置，腔体右侧开有预压孔；压力室右侧活塞筒与多孔转盘左侧贴合；转盘右侧与喷口贴合，喷口内部为变截面结构，用于提升气流速度，喷口右侧连接进气口，转盘通过传动带与电机连接；变径活塞缸左侧安装有激光测振仪；变径活塞缸侧壁玻璃窗口处安装有压敏漆光源和光电倍增管；

所述变径活塞缸侧壁玻璃窗口处安装有压敏漆光源和光电倍增管，压敏漆光源用于激励压敏漆，光电倍增管用于接收压敏漆荧光信号。

2.如权利要求1所述的一种基于正弦压力的动态压敏漆校准装置，其特征在于：所述复位装置为安装于变径活塞缸内右侧的弹簧线圈，或为电磁线圈。

3.如权利要求2所述的一种基于正弦压力的动态压敏漆校准装置，其特征在于：所述弹簧线圈与变径活塞组成二阶阻尼振荡系统，通过调节弹簧线圈的弹性系数和变径活塞质量，使阻尼系统固有频率与装置校准频率上限一致，利用系统谐振提高高频时射流产生的压力。

4.如权利要求2或3所述的一种基于正弦压力的动态压敏漆校准装置，其特征在于：所述变径活塞缸内右侧开有预压孔，通过预压孔充气对活塞缸右侧预压，用于调节变径活塞初始位置以及压力室初始压力。

5.如权利要求2或3所述的一种基于正弦压力的动态压敏漆校准装置，其特征在于：所述变径活塞缸左侧安装有激光测振仪，通过左侧的玻璃窗口可以监测内部活塞的实时位移。

6.如权利要求2或3所述的一种基于正弦压力的动态压敏漆校准装置，其特征在于：所述变径活塞缸右侧与多孔转盘贴合但不连接，电机通过传动皮带连接并带动多孔转盘转动，转盘上开有圆孔用于切割气流。

7.如权利要求2或3所述的一种基于正弦压力的动态压敏漆校准装置，其特征在于：所述喷口内部为变径结构，通过改变内径大小及形状，提高射流速度，并使其出口为正方形，正方形边长与多孔转盘上的圆孔直径一致。

8.一种基于正弦压力的动态压敏漆校准方法，基于如权利要求2或3所述的一种基于正弦压力的动态压敏漆校准装置，其特征在于：

在校准前，根据校准频率上限选择适当的弹簧线圈和活塞，令弹簧线圈与活塞组成的二阶振荡系统的自振频率与校准频率上限接近；为保证正弦压力波形不失真，多孔轮盘要保证开孔均匀，且满足连接两开孔圆心的弧长大约为2倍的开孔直径；

采用电机带动转盘切割高速射流的方式产生周期型脉动气流作为压力源，同时采用变径活塞结构将高速高压气流产生的高频脉动压力转化为适用于压敏漆校准的大容积、低脉动值压力场；

通过所述预压孔进出气，调节预压室初始压力，从而改变压力室脉动压力初始值，该初始值即为脉动压力的平均值，通过调节来流喷口直径及收缩比，改变来流压力、流速，产生适用于不同工况的脉动压力值；

采用激光测振仪记录变径活塞位移量ΔL，根据气体状态方程，对于密闭压力容腔，PV＝常数，因此根据变径活塞的位移量计算压力室压力；

动态压敏漆校准装置试验工况包括参数：校准频率、正弦压力平均值及脉动值；

频率：根据校准需求，通过控制电机转速，改变气流冲击频率，进而改变压力变化频率；

压力平均值：通过装置预压孔，连接压力控制器，通过调节预压室压力，改变初始压力P₀，即为校准的平均压力值；

脉动值：压力的脉动值主要靠气源推动，因此通过调节气源压力、进气口通径可以调节脉动压力的峰峰值；

由于气体状态方程PV＝γRT，当环境温度不变时，压力室内的压力与压力容积成反比，即：P₀V₀＝P_tV_t；

压力室的初始容积为：

则压力室内的实时压力计算公式为：

其中：

ΔL—活塞位移量；

P_t—压力室内实时压力；

P₀—压力室初始压力；

L₀—活塞初始距离；

D—活塞直径。

打开压敏漆光源和光电倍增管，采集压敏漆光强信号，进而得到压敏漆的测量结果；根据激光测振仪记录的活塞运动位移数据ΔL＝f(t)，通过计算出压力室内的压力随时间的变化，对比得出压敏漆动态特性，实现动态压敏漆校准。