[發(fā)明專利]基于CCD相機的光學(xué)壓敏涂料壓力校準(zhǔn)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011182604.4
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112378576B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葛寧;高麗敏;姜衡;楊光;王磊
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01L25/00
• 分類號: G01L25/00
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務(wù)所 11337
• 代理人: 席小東

1.一種基于CCD相機的光學(xué)壓敏涂料壓力校準(zhǔn)裝置，其特征在于，包括：聲學(xué)駐波管(1)、底蓋(2)、光學(xué)視窗(3)、聲源(4)、功率放大器(5)、CCD相機(6)、鏡頭(7)、濾光片(8)、LED激發(fā)光源(9)、信號發(fā)生器(10)、動態(tài)壓力傳感器(11)、直流供電電源(12)、信號放大器(13)、數(shù)據(jù)采集箱(14)、光學(xué)壓敏涂料校準(zhǔn)片(15)和計算機(16)；

其中，所述聲學(xué)駐波管(1)一端的底蓋(2)內(nèi)側(cè)固定安裝所述光學(xué)壓敏涂料校準(zhǔn)片(15)；所述光學(xué)壓敏涂料校準(zhǔn)片(15)所在截面固定安裝所述動態(tài)壓力傳感器(11)；所述動態(tài)壓力傳感器(11)通過所述直流供電電源(12)供電；所述動態(tài)壓力傳感器(11)的電壓信號輸出端通過所述信號放大器(13)和所述數(shù)據(jù)采集箱(14)后，連接到所述計算機(16)的輸入端；

所述聲學(xué)駐波管(1)靠近所述底蓋(2)的一側(cè)對稱開槽，所述聲學(xué)駐波管(1)的兩側(cè)對稱各安裝一塊所述光學(xué)視窗(3)；

所述聲學(xué)駐波管(1)另一端固定安裝所述聲源(4)，正對所述光學(xué)壓敏涂料校準(zhǔn)片(15)；

所述信號發(fā)生器(10)的第1通道通過所述功率放大器(5)，連接到所述聲源(4)；

所述信號發(fā)生器(10)的第2通道與所述CCD相機(6)的外觸發(fā)端連接；所述CCD相機(6)的輸出端與所述計算機(16)連接；其中，所述CCD相機(6)的前端固定所述鏡頭(7)；所述鏡頭(7)的前端固定所述濾光片(8)；

所述信號發(fā)生器(10)的第3通道與所述LED激發(fā)光源(9)的外觸發(fā)端連接；

所述CCD相機(6)和所述LED激發(fā)光源(9)分別置于所述聲學(xué)駐波管(1)的兩側(cè)，經(jīng)對應(yīng)的光學(xué)視窗對準(zhǔn)所述光學(xué)壓敏涂料校準(zhǔn)片(15)；

所述信號發(fā)生器(10)包括：正弦電信號發(fā)生單元、第1脈沖信號發(fā)生單元、第2脈沖信號發(fā)生單元、同步控制器和主控單元；

所述主控單元分別與所述同步控制器和所述正弦電信號發(fā)生單元連接；所述同步控制器分別與所述第1脈沖信號發(fā)生單元的外觸發(fā)端和所述第2脈沖信號發(fā)生單元的外觸發(fā)端連接；

其中，所述正弦電信號發(fā)生單元，用于在所述主控單元的控制下，連續(xù)輸出周期為T的正弦電信號，該正弦電信號傳遞到所述功率放大器(5)，經(jīng)功率放大器(5)放大后，傳輸給所述聲源(4)，從而控制所述聲源(4)發(fā)出周期為T的正弦聲波；該正弦聲波經(jīng)聲學(xué)駐波管(1)作用后，從而使光學(xué)壓敏涂料校準(zhǔn)片(15)表面受到穩(wěn)定的周期為T的正弦壓力駐波；

所述第1脈沖信號發(fā)生單元與所述CCD相機(6)的外觸發(fā)端連接，所述第1脈沖信號發(fā)生單元用于輸出第1方波脈沖信號，第1方波脈沖信號的周期為m*T+T/(n-1)，脈沖寬度為T/(n-1)；其中，m*T+T/(n-1)大于相機最大幀率的倒數(shù)；n為第1脈沖信號發(fā)生單元被觸發(fā)后輸出的脈沖數(shù)量，同時也為一個周期的正弦壓力駐波平均被劃分形成的相位數(shù)量；m表示相機拍攝周期間隔的數(shù)量；每當(dāng)?shù)?脈沖信號發(fā)生單元被進(jìn)行一次外觸發(fā)時，即按周期m*T+T/(n-1)輸出n個脈沖寬度為T/(n-1)的脈沖；第1脈沖信號發(fā)生單元輸出脈沖時為高電平，未輸出脈沖時為低電平，每當(dāng)?shù)?脈沖信號發(fā)生單元開始輸出一個脈沖時，即：位于脈沖的上升沿時，控制CCD相機(6)開始曝光，每當(dāng)?shù)?脈沖信號發(fā)生單元結(jié)束輸出脈沖時，即：位于脈沖的下降沿時，即控制CCD相機(6)結(jié)束曝光；因此，第1脈沖信號發(fā)生單元控制CCD相機(6)每隔時間m*T曝光一次，CCD相機(6)每次曝光時間與脈沖寬度T/(n-1)相等，CCD相機(6)一共曝光n次；每當(dāng)CCD相機(6)結(jié)束一次曝光時，即輸出一張與當(dāng)前相位對應(yīng)的圖像；因此，當(dāng)將一個正弦壓力駐波平均劃分為n個相位，依次表示為相位相位相位時，CCD相機(6)輸出對應(yīng)的熒光圖像序列，分別為：與相位對應(yīng)的熒光圖像Q₁，與相位對應(yīng)的熒光圖像Q₂,…,與相位對應(yīng)的熒光圖像Q_n，并傳輸給計算機(16)；

所述第2脈沖信號發(fā)生單元與所述LED激發(fā)光源(9)的外觸發(fā)端連接，所述第2脈沖信號發(fā)生單元用于輸出第2方波脈沖信號，第2方波脈沖信號的脈沖寬度為n(m*T+T/(n-1))，每次被觸發(fā)后輸出的脈沖數(shù)量為1個，其中，每當(dāng)?shù)?脈沖信號發(fā)生單元被進(jìn)行一次外觸發(fā)時，即輸出1個脈沖寬度為n(m*T+T/(n-1))的脈沖；第2脈沖信號發(fā)生單元輸出脈沖時為高電平，未輸出脈沖時為低電平，每當(dāng)?shù)?脈沖信號發(fā)生單元開始輸出一個脈沖時，即：位于脈沖的上升沿時，控制LED激發(fā)光源(9)打開，使LED激發(fā)光源(9)保持穩(wěn)定功率連續(xù)發(fā)光照射光學(xué)壓敏涂料校準(zhǔn)片(15)表面，每當(dāng)?shù)?脈沖信號發(fā)生單元結(jié)束輸出脈沖時，即：位于脈沖的下降沿時，即控制LED激發(fā)光源(9)關(guān)閉，因此，第2脈沖信號發(fā)生單元控制LED激發(fā)光源(9)的打開時間和關(guān)閉時間，當(dāng)LED激發(fā)光源(9)被打開后，打開持續(xù)時間與脈沖寬度n(m*T+T/(n-1))相等；

所述同步控制器用于控制第1脈沖信號發(fā)生單元和第2脈沖信號發(fā)生單元同步啟動開始發(fā)出脈沖信號；

所述主控單元用于：向同步控制器發(fā)送同步啟動信號；

計算機(16)用于：接收CCD相機(6)輸出的一個完整周期對應(yīng)的熒光圖像序列，分別為：與相位對應(yīng)的熒光圖像Q₁，與相位對應(yīng)的熒光圖像Q₂,…,與相位對應(yīng)的熒光圖像Q_n，并傳輸給計算機(16)；結(jié)合動態(tài)壓力傳感器(11)采集到的壓力值，通過對熒光圖像Q₁,熒光圖像Q₂,…,熒光圖像Q_n分析，實現(xiàn)對壓敏涂料壓力校準(zhǔn)。