[發明專利]基于光電傳感器的轉子葉片表面動態壓力光學測量方法

有效

• 申請號: 202010003827.3
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111076852B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 葛寧;高麗敏;姜衡;高天宇;鄭天龍
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01L5/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

本發明涉及一種基于相位鎖定法的轉子葉片表面全域動態壓力測量裝置及方法，編碼器外殼固定于電機外殼使其保持靜止，編碼器內軸與電機軸固定使得轉子旋轉時編碼器接收到相同的旋轉信息。編碼器輸出信號經機匣孔連接至編碼器接收板卡，編碼器接收板卡與計算機相連再連接信號發生板卡，信號發生板卡與相機觸發器相連并控制相機拍攝，激光光源固定于涂有光學壓敏涂料的被測葉片前端并對準。依據光學壓敏涂料測壓原理的S?V公式I_ref/I＝A P/P_ref+B，通過測量實時光強I、參考光強I_ref和參考壓力P_ref，來獲得實時壓力P。

技術領域

本發明涉及一種基于光電傳感器的轉子葉片表面動態壓力光學測量方法，屬于儀器儀表技術領域。本發明通過相位精確可調來實現轉子葉片在不同相位的表面動態壓力的光學測量，從而獲得旋轉過程中轉子葉片表面壓力動態變化的測量。

背景技術

高速旋轉的葉輪機械是一種使能量轉換與傳遞的動力機械。其應用廣泛，包括日常生活中的電風扇、通風機、風力機等到航空航天領域的壓氣機、渦輪(透平)、直升機旋翼、渦槳、等均屬于葉輪機械范疇，是動力裝置研制的核心部件之一。壓力是轉子葉片表面重要的氣動參數，其分布反映了諸多流場細節。它不僅體現了葉片表面與其通道內的氣體相互作用，還是流動氣動負荷的表征，也是氣動設計的重要指標參數。當葉輪機械處于高速旋轉時，葉片的絕對位置隨時間不斷變化，作用在轉子表面的氣動載荷瞬息萬變，這使得動力裝置安全性的預測和控制帶來了很大的難度。因此，對轉子葉片表面壓力的動態測量一直是葉輪機械設計和研制關注的焦點。

基于計算機視覺與圖像處理技術的光學壓敏涂料測量技術(Pressure SensitivePaint，PSP)是非接觸式流動顯示技術的重要突破，由于采用了光學測量的原理，具有定量地獲取模型表面全域、連續的壓力分布、非侵入等優點，是一種新型表面壓力測量方法，也為轉子葉片表面壓力的測量提供了新的可能。

相位鎖定法是常用于葉輪機械氣動參數動態測量的方法，即對轉子某個相位的鎖定，通過轉速、旋轉時間以及相位之間的關系實現轉子動態參數的實時測量，從而建立某個空間位置處的氣動參數隨轉子旋轉時間(或轉子相位)之間的變化關系，如葉輪機械機匣表面壓力測量、葉輪機械靜子內的熱線風速儀測量等。然而，相位鎖定法通常應用于葉輪機械靜止部件參數的測量，無法用于轉子部件氣動參數的測量；其次，轉速的波動會影響動態參數與轉子旋轉時間(或轉子相位)之間對應關系，從而引起較大時序測量誤差；第三，在常規的相位鎖定法中，其他相位的鎖定通常通過時間延遲來確定，轉速的波動則會影響相位的準確度；最后，相位鎖定法在光學壓敏測量技術的應用中，當鎖定的相位改變時，由轉子與光源和圖像采集設備存在相對位移，會影響光強向壓力轉換的準確度。

針對轉子表面動態壓力光學測量的需要，本發明提出一種基于相位精確調節的轉子表面壓力光學測量方法，通過該方法可以實現：1.通過相位鎖定，完成轉子某個相位下的葉片表面壓力的瞬態采集；2.通過相位調節，完成轉子表面壓力的時序測量即動態壓力測量。

發明內容

要解決的技術問題

鑒于對葉輪機械轉子表面動態壓力測量需要的迫切性以及轉子表面動態測壓的存在問題，本發明設計了一種結構簡單、抗干擾的基于光電傳感器的轉子葉片表面動態壓力的光學測量方法，不僅可進行轉子某個相位下的葉片表面壓力的瞬態采集，而且可實現轉子表面壓力的時序測量即動態壓力測量，可以解決目前轉子表面壓力測量存在技術限制。

現有的相位鎖定法與光學壓敏測量技術結合存在一個相位信號的觸發和其他相位觸發的不準確、相位調節時圖像采集器與被測模型存在相對位移等問題。本發明突破鎖相位置固定這一限制，實現了葉輪機械旋轉過程中觸發信號相位可調的功能。

技術方案