基于CCD和PMT的压敏漆压力测量系统设计

吴云峰

摘要在用CCD的压敏漆检测系统和基于PMT的压敏漆荧光检测设备的性能特点、工作原理的基础上,结合目前的压敏漆制造技术,本文提出了一套基于CCD的压敏漆压力测量系统设计方案。并通过试验证明了设计方案的可行性。

关键词压敏漆 CCD 压力测量 压力分布

中图分类号:TP2文献标识码:A

压敏技术为科学研究和工业生产中压力的测定提供了一种灵敏、全面、廉价、无破坏的柔性检测方法,在许多方面变革了传统硬性检测方法的思路和技术。自压敏技术提出以来,技术得到不断改进,有可能取代传统的测压方法。目前模型压力测量中常用的压力载荷模型造价高达上百万美元,耗时半年以上;而且每次测压前数百个测量通道的连接和泄露检查需要大量人力和时间使得成本大增,生产效率下降,采用压敏漆测压技术就可以大大降低甚至取消对压力仪表的需求,进而用压敏漆模型取代压力载荷模型。压敏漆模型可以制作得更快更廉价并且容易修改和重新配置。

1 压敏漆压力测量系统中的两种检测仪器

1.1 基于CCD的压敏荧光检测器工作原理

基于CCD的压敏荧光检测器是对实验板或者实验模型进行压力校准和压力测量。CCD荧光检测原理是荧光图像,这种成像处理技术利用特殊波长的光来激发样片上的荧光,其工作原理是LED灯所发射出来的光,经过均匀照明系统转变成一束光强均匀的平行光,然后触发滤光片,过滤掉其它波长的光,将检测背景降低,斜角度射在压敏漆实验板上。压敏漆实验板片在单色光激发下所产生的荧光,由于滤光片受发射窄带影响,经过摄像镜头摄取成像在CCD上。图像信号被CCD摄像头输入到计算机中的图像采集卡,将信号转化为数字信号,然后计算机进行处理。激发波长下的图像CCD每次只能读取一个,针对不同配置的压敏涂料,需要调整激发和发射干涉滤光片,再次读取。

1.2 基于PMT的压敏漆荧光检测器原理

光源示意图Fig.1 Light signal激发光源采用超高亮LED灯与单色仪组合发出单色光对样品进行激发。LED发出的发散光通过聚焦透镜聚焦后进入到单色仪的输入端,通过控制单色仪的旋钮改变单色仪输出端输出的单色光。基于PMT的压敏漆荧光检测器结构原理是激发光由激发光源发射出来,经过透镜A先转变成直径较粗的光柱体,然后滤光片B在激发窄带干涉下,其它波长的光被过滤掉,结果是大幅度降低检测的背景光强,直接照射到实验板上,压敏涂料在激发光激发下产生的荧光,干涉滤光片组D由反射镜C发射的荧光进入,导致发射荧光以外的光被滤除,再经过透镜E聚焦在聚焦光阑F上,光电倍增管接收到光阑的光转变成电信号,经过A/D转换、滤波、放大等处理后传输至计算机中,即结束了对喷涂了压敏材料实验板的一部分进行了测量,对实验板其他部分进行测试,二维扫描工件台在计算机控制下,可以在整个实验板上进行扫读。由于采取了聚焦光路的方式,而且因为光栏孔的孔径设计得较小,使压敏漆实验板表面所产生的荧光能由透镜组聚焦通过光栏小孔,这样可以大幅降低由于片基和灰尘产生的背景荧光。

2 应用软件系统的技术特点

Windows NT环境,各站点分工明确,控制与数据传输方便快捷。采用面向对象的编程方法,菜单事件驱动,界面友好。根据模块特点选用编程工具。从软件的异动性和可维护性考虑,编程设计中使用面向对象的模块化设计思想,用模块实现系统的各项功能,按照系统结构确定各个功能模块之间的调用关系。数据采集和数据处理分别处理,把程序和数据分开,用数据库对数据进行管理。另外还提供了相应的容错能力。

3 仪器实验与结果

用喷涂了光学压敏涂料和基底层涂料的二元翼模型在检测试验箱中进行模拟风洞光学测压吹风试验。实验风速,模型攻角。为了方便进行比对两种测压结果,对18个测压孔压力的测量用电子扫描阀进行测量该模型表面,在光学测压的同时也测量了模型四个点表面的温度。

4 结束语

光学压敏漆测压试验证明我们所做的压敏涂料可以初步应用于跨声速风洞的光学测压试验。该项目的优点:可以避免在被测试的模型表面开出列测压孔,被测模型原有的气动特性不会受实验室影响;测压和测力试验在使用统一模型时可以同时进行,使吹风试验效率大幅提高;可不用专为压力测量制造费用高昂的模型,可以节省出大笔的试验经费;传统的测压方法得出的结果是间断的点压力,而光学测压得出的结果是大范围连续的表面压力情况分布。针对表面压力测量技术,光学压敏涂料测压法具有开创性的贡献。

参考文献

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