[发明专利]基于压敏粒子光强测量的空间流体速度压力同步测量系统

说明书

本发明涉及一种基于压敏粒子光强测量的空间流体速度压力同步测量系统，包括信号发射器、与信号发射器连接的脉冲激光发生器，以及与脉冲激光发生器相对设置并连接所述信号发射器的高速CCD相机、以及接受并处理高速CCD相机的数字图像信号的计算机，所述的脉冲激光发生器和高速CCD相机之间设有待测量流场，在待测量流场上连接设置用于对其均匀置入压敏粒子的粒子发生器，所述的高速CCD相机前端还安装有滤光镜。与现有技术相比，本发明具有可同时测量空间内压力和速度分布的能力，测试过程中压敏粒子重量轻，体积小，可在不影响流场流动的情况下植入流场，从而直接测得流场中速度分布和压力分布，测量方法直接便捷，适用范围广。

技术领域

本发明涉及无机光学材料技术领域，尤其是涉及一种基于压敏粒子光强测量的空间流体速度压力同步测量系统及方法。

背景技术

目前在现有技术中，尚不存在可同时测量空间内流场的速度分布和压力分布的测量方法。

流场中物体表面压力的测量方法有始于20世纪80年代的光学压敏涂料测量技术。该技术将高分子化学、光学等多个学科的最新研究成果相结合，利用某种高分子化合物在特定波长光的照射下发生量子能量跃阶的“光致发光”效应和返回基态的“氧猝灭”现象，通过建立发光强度和流场压力的对应关系与计算机技术相结合从而实现表面连续压力场的无侵入式定量测量。而对流场中速度的非接触式测量主要有LDV和PIV等方式，其中，LDV技术基本原理就是利用运动粒子发出散射光的多普勒效应，也就是两束相干入射光在光腰处相交，产生干涉条纹，当粒子通过两光束交汇点时，产生和粒子速度成线性关系的多普勒信号，分辨率高，但是仅能测量单点速度。而PIV测量技术可测得全局的速度分布，PIV技术是在流场显视技术的基础上，利用图像处理技术发展起来的一种测量手段，其基本原理就是测量得到相隔很短时间间隔的前后两幅图像，然后利用相关技术获得流场速度分布。

随着空气动力学的发展，研究课题中的气动部件的结构及其流场也越发复杂，流场随时间变化的非定常特性日益突出，，对非定常流场深入认识已经成为当务之急，对于空间流场内部压力分布的研究日益增多，而在现有技术中并没有可以直接测量空间中流体压力分布的测量方法。本发明正是结合两种测量技术：光学压敏涂料测量技术和PIV，进而设计出一套方便直观的空间流体速度压力同步测量系统。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于压敏粒子光强测量的空间流体速度压力同步测量系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于压敏粒子光强测量的空间流体速度压力同步测量系统，包括信号发射器、与信号发射器连接的脉冲激光发生器，以及与脉冲激光发生器相对设置并连接所述信号发射器的高速CCD相机、以及接受并处理高速CCD相机的数字图像信号的计算机，所述的脉冲激光发生器和高速CCD相机之间设有待测量流场，在待测量流场上连接设置用于对其均匀置入压敏粒子的粒子发生器，所述的高速CCD相机前端还安装有滤光镜。

优选的，所述的滤光镜用于过滤除去光谱中，除压敏粒子产生的信号光外的激发光源及环境光所在波段的光，仅留下信号光，使得信号光的强度变化更明显。滤光镜的选择条件为：当压敏染料为PtTFPP时，采用650nm/50nm的带通通滤光镜；当压敏染料为Ru(dpp)₃时，采用550nm的高通滤光镜。

优选的，所述的压敏粒子为表面吸附了压敏漆的中空SiO₂粒子。

更优选的，所述的中空SiO₂粒子的粒径为2-10μm。该粒子购置于Suzuki YushiIndustrial公司，型号为B-6C或B-25C等。

更优选的，所述的压敏粒子通过以下方法制备而成：首先，将压敏发光分子溶于二氯甲烷溶剂中，制备得到溶液；然后，将中空SiO₂粒子浸没于溶液中，超声波震荡处理，过滤，干燥，即可得到压敏粒子。