[發(fā)明專利]一種基于正弦壓力的動態(tài)壓敏漆校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310137270.6
• 申請日: 2023-02-20
• 公開（公告）號: CN116242530A
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李峰;史博;陳曉松
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京長城計量測試技術(shù)研究所
• 主分類號: G01L25/00
• 分類號: G01L25/00
• 代理公司: 北京正陽理工知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 張利萍

1.一種基于正弦壓力的動態(tài)壓敏漆校準(zhǔn)裝置，其特征在于：包括進(jìn)氣口、噴口、多孔轉(zhuǎn)盤、預(yù)壓孔、復(fù)位裝置、變徑活塞、活塞缸、密封蓋板、玻璃窗口、端蓋、激光測振儀、壓敏漆式樣、傳動帶、玻璃窗口、壓敏漆光源、光電倍增管、壓力室和預(yù)壓室；

采用電機(jī)加傳動裝置帶動多孔轉(zhuǎn)盤，通過切割高壓高速射流，對變徑活塞產(chǎn)生周期性沖擊力，進(jìn)而在密封壓力室內(nèi)產(chǎn)生正弦變化的壓力；裝置的主體為變徑活塞缸，活塞缸左側(cè)為密封的壓力室，壓力室側(cè)壁開有一個安裝孔用于安裝壓敏漆式樣，同時缸體左端面開有玻璃窗口，缸體側(cè)壁開有玻璃窗口，玻璃窗口由端蓋和密封蓋板夾緊固定；活塞缸右側(cè)為一容腔，其中安裝用于活塞復(fù)位的復(fù)位裝置，腔體右側(cè)開有預(yù)壓孔；壓力室右側(cè)活塞筒與多孔轉(zhuǎn)盤左側(cè)貼合；轉(zhuǎn)盤右側(cè)與噴口貼合，噴口內(nèi)部為變截面結(jié)構(gòu)，用于提升氣流速度，噴口右側(cè)連接進(jìn)氣口，轉(zhuǎn)盤通過傳動帶與電機(jī)連接；變徑活塞缸左側(cè)安裝有激光測振儀；變徑活塞缸側(cè)壁玻璃窗口處安裝有壓敏漆光源和光電倍增管；

所述變徑活塞缸側(cè)壁玻璃窗口處安裝有壓敏漆光源和光電倍增管，壓敏漆光源用于激勵壓敏漆，光電倍增管用于接收壓敏漆熒光信號。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于正弦壓力的動態(tài)壓敏漆校準(zhǔn)裝置，其特征在于：所述復(fù)位裝置為安裝于變徑活塞缸內(nèi)右側(cè)的彈簧線圈，或為電磁線圈。

3.如權(quán)利要求2所述的一種基于正弦壓力的動態(tài)壓敏漆校準(zhǔn)裝置，其特征在于：所述彈簧線圈與變徑活塞組成二階阻尼振蕩系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)彈簧線圈的彈性系數(shù)和變徑活塞質(zhì)量，使阻尼系統(tǒng)固有頻率與裝置校準(zhǔn)頻率上限一致，利用系統(tǒng)諧振提高高頻時射流產(chǎn)生的壓力。

4.如權(quán)利要求2或3所述的一種基于正弦壓力的動態(tài)壓敏漆校準(zhǔn)裝置，其特征在于：所述變徑活塞缸內(nèi)右側(cè)開有預(yù)壓孔，通過預(yù)壓孔充氣對活塞缸右側(cè)預(yù)壓，用于調(diào)節(jié)變徑活塞初始位置以及壓力室初始壓力。

5.如權(quán)利要求2或3所述的一種基于正弦壓力的動態(tài)壓敏漆校準(zhǔn)裝置，其特征在于：所述變徑活塞缸左側(cè)安裝有激光測振儀，通過左側(cè)的玻璃窗口可以監(jiān)測內(nèi)部活塞的實時位移。

6.如權(quán)利要求2或3所述的一種基于正弦壓力的動態(tài)壓敏漆校準(zhǔn)裝置，其特征在于：所述變徑活塞缸右側(cè)與多孔轉(zhuǎn)盤貼合但不連接，電機(jī)通過傳動皮帶連接并帶動多孔轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)盤上開有圓孔用于切割氣流。

7.如權(quán)利要求2或3所述的一種基于正弦壓力的動態(tài)壓敏漆校準(zhǔn)裝置，其特征在于：所述噴口內(nèi)部為變徑結(jié)構(gòu)，通過改變內(nèi)徑大小及形狀，提高射流速度，并使其出口為正方形，正方形邊長與多孔轉(zhuǎn)盤上的圓孔直徑一致。

8.一種基于正弦壓力的動態(tài)壓敏漆校準(zhǔn)方法，基于如權(quán)利要求2或3所述的一種基于正弦壓力的動態(tài)壓敏漆校準(zhǔn)裝置，其特征在于：

在校準(zhǔn)前，根據(jù)校準(zhǔn)頻率上限選擇適當(dāng)?shù)膹椈删€圈和活塞，令彈簧線圈與活塞組成的二階振蕩系統(tǒng)的自振頻率與校準(zhǔn)頻率上限接近；為保證正弦壓力波形不失真，多孔輪盤要保證開孔均勻，且滿足連接兩開孔圓心的弧長大約為2倍的開孔直徑；

采用電機(jī)帶動轉(zhuǎn)盤切割高速射流的方式產(chǎn)生周期型脈動氣流作為壓力源，同時采用變徑活塞結(jié)構(gòu)將高速高壓氣流產(chǎn)生的高頻脈動壓力轉(zhuǎn)化為適用于壓敏漆校準(zhǔn)的大容積、低脈動值壓力場；

通過所述預(yù)壓孔進(jìn)出氣，調(diào)節(jié)預(yù)壓室初始壓力，從而改變壓力室脈動壓力初始值，該初始值即為脈動壓力的平均值，通過調(diào)節(jié)來流噴口直徑及收縮比，改變來流壓力、流速，產(chǎn)生適用于不同工況的脈動壓力值；

采用激光測振儀記錄變徑活塞位移量ΔL，根據(jù)氣體狀態(tài)方程，對于密閉壓力容腔，PV＝常數(shù)，因此根據(jù)變徑活塞的位移量計算壓力室壓力；

動態(tài)壓敏漆校準(zhǔn)裝置試驗工況包括參數(shù)：校準(zhǔn)頻率、正弦壓力平均值及脈動值；

頻率：根據(jù)校準(zhǔn)需求，通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變氣流沖擊頻率，進(jìn)而改變壓力變化頻率；

壓力平均值：通過裝置預(yù)壓孔，連接壓力控制器，通過調(diào)節(jié)預(yù)壓室壓力，改變初始壓力P₀，即為校準(zhǔn)的平均壓力值；

脈動值：壓力的脈動值主要靠氣源推動，因此通過調(diào)節(jié)氣源壓力、進(jìn)氣口通徑可以調(diào)節(jié)脈動壓力的峰峰值；

由于氣體狀態(tài)方程PV＝γRT，當(dāng)環(huán)境溫度不變時，壓力室內(nèi)的壓力與壓力容積成反比，即：P₀V₀＝P_tV_t；

壓力室的初始容積為：

則壓力室內(nèi)的實時壓力計算公式為：

其中：

ΔL—活塞位移量；

P_t—壓力室內(nèi)實時壓力；

P₀—壓力室初始壓力；

L₀—活塞初始距離；

D—活塞直徑。

打開壓敏漆光源和光電倍增管，采集壓敏漆光強(qiáng)信號，進(jìn)而得到壓敏漆的測量結(jié)果；根據(jù)激光測振儀記錄的活塞運動位移數(shù)據(jù)ΔL＝f(t)，通過計算出壓力室內(nèi)的壓力隨時間的變化，對比得出壓敏漆動態(tài)特性，實現(xiàn)動態(tài)壓敏漆校準(zhǔn)。