本發(fā)明涉及一種動態(tài)壓力校準裝置，利用聲駐波理論構造周期動態(tài)變化壓力場，主要用于光學壓力敏感涂料的動態(tài)壓力校準，也可用于其它與壓力變化相關的周期型動態(tài)校準。

背景技術：

目前最新的光學測壓技術——光學壓力敏感涂料(Pressure sensitive paint，PSP)測壓，由于其具有測壓過程對流場無干擾、實驗成本低、可全域測量等優(yōu)勢受到廣大實驗工作者的青睞。利用該技術對動態(tài)壓力進行非定常測量前，除需對所用涂料進行靜態(tài)校準，獲取光信號與壓力之間的函數(shù)對應關系外，還需要對涂料進行動態(tài)校準，獲取該涂料的時間響應特性和頻率響應特性。

動態(tài)校準艙是對涂料進行動態(tài)校準實驗的裝置，分為兩種基本類型：非周期型和周期型。非周期型產生階躍壓力或者脈沖壓力，通過比較一次壓力突變中PSP涂料發(fā)光信號與壓力變化的速度可獲取涂料的時間響應特性；周期型產生正弦或者其他類型頻率可調的周期變化壓力，通過比較光信號相對壓力信號的幅值增益及相位落后可獲取涂料的頻率響應特性。目前應用于光學壓力敏感涂料的周期型校準裝置有振蕩射流器和變容積壓力校準艙，例如專利號為CN1279756A(振蕩射流)、CN102135122A(變頻射流振蕩器)等都是射流振蕩類的，還有Yves Le Sant等人在文章“Unsteady pressure measurement instrumentation using anodized-aluminium PSP applied in a transonic wind tunnel”(Measurements Science and Technology,2004,2349:2360)以及專利號為CN104316262A中所闡述的變容積式壓力校準艙。但振蕩射流器一般在開放空間內進行校準，對于像光學壓敏涂料這種測壓方式，會受到外界很多因素的干擾，如光及噪音等，由此造成校準精度下降；變容積式壓力校準艙可以產生的壓力變化頻率小且波形易失真，導致校準測量時信噪比過小而使得測量不精確。

由于PSP涂料測壓過程是基于光致發(fā)光和氧猝滅原理，也就是說，測量過程中需要設計光路給予紫外線光照，通過采集被激發(fā)光的光信號換算壓力值，而現(xiàn)有用于傳感器校準的普通動態(tài)壓力校準艙為光學封閉性結構，無法完成PSP涂料的動態(tài)校準。目前國內在對應用于PSP涂料的動態(tài)壓力校準方面，尤其是獲取PSP涂料頻響特性的周期性動態(tài)壓力校準的研究還有較大空白。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的不足，為填補這方面的研究的空白，本發(fā)明提供一種結構簡單、加工成本低、使用性強、抗干擾能力強的新型動態(tài)壓力校準艙。校準艙滿足壓力敏感涂料對校準實驗設備的需求，可作為周期型校準設備，對PSP涂料的頻率響應特性進行較高精度動態(tài)校準，此外也可用于其他壓力測量手段的動態(tài)校準。

本發(fā)明的內容是：①為保證產生穩(wěn)定波形的正弦壓力變化，依據(jù)駐波疊加和駐波共振原理設計駐波管型動態(tài)壓力校準艙的結構和尺寸；②校準艙總體設計為可拆卸的三段式結構——轉接段、主體段和實驗段，轉接段可根據(jù)不同起振源進行更換，實驗段可根據(jù)不同實驗目的或待測對象進行更換，各段之間用法蘭進行連接；③為實現(xiàn)光學實驗測量，校準艙選用有機玻璃材料進行加工。校準艙管道橫截面為矩形，實驗段觀測區(qū)側壁為平面，避免了曲面對光線帶來的散射，減小光學影響，使得實驗光學測量更準確；④圓形起振源與矩形校準艙管道主體連接的轉接段設計為“天圓地方”的截面連續(xù)變化結構，避免了突變截面帶來的壓力波能量損失，使得動態(tài)壓力校準艙具備更好的性能；⑤涂有待校準壓敏涂料的校準片安置在校準艙管道的底面上，保證了涂料樣品感受到幅值強度最大且均勻穩(wěn)定的正向壓力；⑥用作參考對比的動態(tài)壓力傳感器感受頭與涂有涂料的校準片表面處于同一截面位置且保持平行，保證了壓敏涂料與壓力傳感器時刻感受到相同的壓力。

下面詳細闡述本發(fā)明的結構。本發(fā)明的校準艙主要由艙體、起振源(1)、動態(tài)壓力傳感器(9)組成。校準艙艙體由轉接段(2)、主體段(5)，和實驗段(8)組成，各段之間通過法蘭(3)和(7)進行連接，法蘭間夾有橡膠密封圈(4)和(6)。實驗段(8)端部內壁上貼有PSP校準片(10)，固定有動態(tài)壓力傳感器(9)。

起振源1與功率放大器相連，功率放大器與可輸出不同頻率正弦信號的信號發(fā)生器連接，從而控制起振源以不同頻率正弦變化規(guī)律振動；動態(tài)壓力傳感器與多路高速AD采集卡相連，采集動態(tài)壓力傳感器的測量數(shù)據(jù)，作為PSP動態(tài)校準的比對。

下面介紹本發(fā)明的基本原理。由信號發(fā)生器產生頻率可調的正弦變化信號，通過功率放大器后傳輸給起振器，控制起振器產生一定頻率的平面振動壓縮縱波，經(jīng)轉接段后在主體段傳播，在實驗段封閉端面發(fā)生反射，傳播到起振器平面后再次被反射，使得管內存在多道組振動波，當合理設計選擇管道長度和振動頻率后，可使得各組振動波相位一致，相互疊加強度最高，即實現(xiàn)駐波共振狀態(tài)，在該狀態(tài)下振動強度最高，實驗段反射端即固定PSP校準片和動態(tài)壓力傳感器探頭處的壓強變化幅值由于共振疊加達到最大，以給定頻率正弦規(guī)律變化，從而建立動態(tài)壓力校準艙的壓力變化環(huán)境。

本發(fā)明的有益效果是，可以作為新型壓力測量方式——光學壓敏涂料(PSP)測壓的動態(tài)壓力校準裝置，能產生可調頻率的穩(wěn)定正弦規(guī)律變化的壓力場，也可用作其它需要周期變化壓力環(huán)境的實驗研究。不僅結構簡單，便于加工，成本低廉而且抗干擾能力強。

附圖說明

圖1為校準艙整體三維示意圖；

圖2為校準艙實驗段右視圖；

圖3為校準艙工作示意圖；

圖4為動態(tài)校準測量結果處理圖。

對于圖中標號的說明：起振器(1)、轉接段(2)、法蘭(3)和(7)、橡膠密封圈(4)和(6)、主體段(5)、實驗段(8)、動態(tài)壓力傳感器(9)、校準片(10)、紫外線光源(11)、光電倍增管(PMT)(12)。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明。

本發(fā)明的校準艙主要用于光學壓敏涂料的動態(tài)壓力校準，可以對PSP涂料的頻率響應特性進行動態(tài)校準研究。依靠本校準艙實現(xiàn)動態(tài)校準研究測量的過程如下：

1.在實驗前，清潔校準片(10)表面，噴涂被測光學壓敏涂料并進行烘干，待涂料固化后，將校準片固定在實驗段反射壁面處，噴有涂料的一側朝外，如圖2；

2.如圖2，將動態(tài)壓力傳感器(9)通過實驗段反射壁面孔并進行固定和密封。注意傳感器的壓力感應部位須與校準片端面齊平，再用環(huán)氧樹脂將傳感器保護套與壁面孔之間的縫隙填充，注意環(huán)氧樹脂不可以涂到傳感器壓力感應端面，以免影響測量；

3.實驗段的準備工作完成后，將起振源(1)與轉接段(2)連接，并通過環(huán)氧樹脂密封，然后將轉接段(2)、主體段(5)和實驗段(8)通過法蘭(3)和(7)進行連接，在法蘭連接面分別加入與法蘭形狀一致的橡膠密封圈(4)和(6)來實現(xiàn)密封。

以上步驟完成了動態(tài)壓力校準艙的組裝，下面介紹利用本校準艙的動態(tài)校準過程及工作原理。

1.動態(tài)壓力傳感器(9)引線與多路高速采集卡連接，隨時監(jiān)測并存儲壓力信號；

2.合理擺放PMT光電倍增管(12)和紫外線光源(11)的位置，保證光源可以照射到校準片，PMT可以采集到PSP校準片的激發(fā)光；并盡量減少紫外線光源對PMT采集的干擾；

3.將信號發(fā)生器的信號通過功率放大器后傳輸給起振源(1)，控制起振源以預先設計的頻率產生振動；

4.記錄不同駐波共振頻率下，動態(tài)壓力傳感器測得的壓力實時變化值與PMT所測PSP校準片激發(fā)熒光光強的實時變化值。

下面介紹基于本動態(tài)壓力校準艙的動態(tài)校準工作原理。起振源在信號發(fā)生器的控制下，以特定頻率振動，產生平面壓縮波，并在校準艙內建立駐波共振狀態(tài)，從而在實驗段(8)中固定壓力傳感器(9)和校準片(10)處產生強度較高、波形穩(wěn)定的正弦變化壓力場。在校準過程中，動態(tài)壓力傳感器(9)會采集到一組壓力變化信號，同時對PMT光電倍增管(12)輸出的電信號進行處理可以得到PSP測得的壓力信號變化趨勢，將兩者處理比較就可以得出PSP的動態(tài)頻率響應特性，如圖4。