吳云峰

摘要在用CCD的壓敏漆檢測系統(tǒng)和基于PMT的壓敏漆熒光檢測設(shè)備的性能特點(diǎn)、工作原理的基礎(chǔ)上,結(jié)合目前的壓敏漆制造技術(shù),本文提出了一套基于CCD的壓敏漆壓力測量系統(tǒng)設(shè)計方案。并通過試驗證明了設(shè)計方案的可行性。

關(guān)鍵詞壓敏漆 CCD 壓力測量 壓力分布

中圖分類號:TP2文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

壓敏技術(shù)為科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中壓力的測定提供了一種靈敏、全面、廉價、無破壞的柔性檢測方法,在許多方面變革了傳統(tǒng)硬性檢測方法的思路和技術(shù)。自壓敏技術(shù)提出以來,技術(shù)得到不斷改進(jìn),有可能取代傳統(tǒng)的測壓方法。目前模型壓力測量中常用的壓力載荷模型造價高達(dá)上百萬美元,耗時半年以上;而且每次測壓前數(shù)百個測量通道的連接和泄露檢查需要大量人力和時間使得成本大增,生產(chǎn)效率下降,采用壓敏漆測壓技術(shù)就可以大大降低甚至取消對壓力儀表的需求,進(jìn)而用壓敏漆模型取代壓力載荷模型。壓敏漆模型可以制作得更快更廉價并且容易修改和重新配置。

1 壓敏漆壓力測量系統(tǒng)中的兩種檢測儀器

1.1 基于CCD的壓敏熒光檢測器工作原理

基于CCD的壓敏熒光檢測器是對實(shí)驗板或者實(shí)驗?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行壓力校準(zhǔn)和壓力測量。CCD熒光檢測原理是熒光圖像,這種成像處理技術(shù)利用特殊波長的光來激發(fā)樣片上的熒光,其工作原理是LED燈所發(fā)射出來的光,經(jīng)過均勻照明系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成一束光強(qiáng)均勻的平行光,然后觸發(fā)濾光片,過濾掉其它波長的光,將檢測背景降低,斜角度射在壓敏漆實(shí)驗板上。壓敏漆實(shí)驗板片在單色光激發(fā)下所產(chǎn)生的熒光,由于濾光片受發(fā)射窄帶影響,經(jīng)過攝像鏡頭攝取成像在CCD上。圖像信號被CCD攝像頭輸入到計算機(jī)中的圖像采集卡,將信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號,然后計算機(jī)進(jìn)行處理。激發(fā)波長下的圖像CCD每次只能讀取一個,針對不同配置的壓敏涂料,需要調(diào)整激發(fā)和發(fā)射干涉濾光片,再次讀取。

1.2 基于PMT的壓敏漆熒光檢測器原理

光源示意圖Fig.1 Light signal激發(fā)光源采用超高亮LED燈與單色儀組合發(fā)出單色光對樣品進(jìn)行激發(fā)。LED發(fā)出的發(fā)散光通過聚焦透鏡聚焦后進(jìn)入到單色儀的輸入端,通過控制單色儀的旋鈕改變單色儀輸出端輸出的單色光?；赑MT的壓敏漆熒光檢測器結(jié)構(gòu)原理是激發(fā)光由激發(fā)光源發(fā)射出來,經(jīng)過透鏡A先轉(zhuǎn)變成直徑較粗的光柱體,然后濾光片B在激發(fā)窄帶干涉下,其它波長的光被過濾掉,結(jié)果是大幅度降低檢測的背景光強(qiáng),直接照射到實(shí)驗板上,壓敏涂料在激發(fā)光激發(fā)下產(chǎn)生的熒光,干涉濾光片組D由反射鏡C發(fā)射的熒光進(jìn)入,導(dǎo)致發(fā)射熒光以外的光被濾除,再經(jīng)過透鏡E聚焦在聚焦光闌F上,光電倍增管接收到光闌的光轉(zhuǎn)變成電信號,經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換、濾波、放大等處理后傳輸至計算機(jī)中,即結(jié)束了對噴涂了壓敏材料實(shí)驗板的一部分進(jìn)行了測量,對實(shí)驗板其他部分進(jìn)行測試,二維掃描工件臺在計算機(jī)控制下,可以在整個實(shí)驗板上進(jìn)行掃讀。由于采取了聚焦光路的方式,而且因為光欄孔的孔徑設(shè)計得較小,使壓敏漆實(shí)驗板表面所產(chǎn)生的熒光能由透鏡組聚焦通過光欄小孔,這樣可以大幅降低由于片基和灰塵產(chǎn)生的背景熒光。

2 應(yīng)用軟件系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

Windows NT環(huán)境,各站點(diǎn)分工明確,控制與數(shù)據(jù)傳輸方便快捷。采用面向?qū)ο蟮木幊谭椒?菜單事件驅(qū)動,界面友好。根據(jù)模塊特點(diǎn)選用編程工具。從軟件的異動性和可維護(hù)性考慮,編程設(shè)計中使用面向?qū)ο蟮哪K化設(shè)計思想,用模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項功能,按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定各個功能模塊之間的調(diào)用關(guān)系。數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理分別處理,把程序和數(shù)據(jù)分開,用數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。另外還提供了相應(yīng)的容錯能力。

3 儀器實(shí)驗與結(jié)果

用噴涂了光學(xué)壓敏涂料和基底層涂料的二元翼模型在檢測試驗箱中進(jìn)行模擬風(fēng)洞光學(xué)測壓吹風(fēng)試驗。實(shí)驗風(fēng)速,模型攻角。為了方便進(jìn)行比對兩種測壓結(jié)果,對18個測壓孔壓力的測量用電子掃描閥進(jìn)行測量該模型表面,在光學(xué)測壓的同時也測量了模型四個點(diǎn)表面的溫度。

4 結(jié)束語

光學(xué)壓敏漆測壓試驗證明我們所做的壓敏涂料可以初步應(yīng)用于跨聲速風(fēng)洞的光學(xué)測壓試驗。該項目的優(yōu)點(diǎn):可以避免在被測試的模型表面開出列測壓孔,被測模型原有的氣動特性不會受實(shí)驗室影響;測壓和測力試驗在使用統(tǒng)一模型時可以同時進(jìn)行,使吹風(fēng)試驗效率大幅提高;可不用專為壓力測量制造費(fèi)用高昂的模型,可以節(jié)省出大筆的試驗經(jīng)費(fèi);傳統(tǒng)的測壓方法得出的結(jié)果是間斷的點(diǎn)壓力,而光學(xué)測壓得出的結(jié)果是大范圍連續(xù)的表面壓力情況分布。針對表面壓力測量技術(shù),光學(xué)壓敏涂料測壓法具有開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。

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