[发明专利]一种基于AAO模板的柔性快响应PSP测试装置、方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及气动力学及流体力学测试技术领域，具体涉及一种基于AAO模板的柔性快响应PSP测试装置、方法与应用。

背景技术

光学压敏涂料(PSP)技术始于20世纪80年代，是一项将高分子化学、光学、空气动力学等多个学科的最新研究成果相结合的技术。其基本原理是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迁的“光致发光”效应和返回基态的氧猝灭现象，从而建立起光强和流场压力的对应关系，通过相机和计算机处理，实现表面连续压力场的无侵入式定量测量。

目前，稳态PSP测量技术已经在国内外有了广泛应用，大量的研究结果已充分展示了PSP技术在稳态流场全场压力测量的优势。然而随着空气动力学的迅速发展，气动部件的结构及流场更加复杂，流场的时变特性越发突出，因此有关PSP的动态测量技术成为了热点关注方向，尤其是关于快响应PSP技术的研究。

现有的快响应PSP技术主要是基于多孔基质的压敏涂料，根据多孔基质不同主要分为三种，分别为薄层色谱版压敏涂料(TLC-PSP)，阳极氧化铝压敏涂料(AA-PSP)以及聚合物陶瓷压敏涂料(PC-PSP)。但无论是哪一种测量方法，都有其共性的缺陷，主要体现在两个方面。一是在风洞测量中，现有方法都需要一个光学观察窗口以发射光和接受返回的光，这种光学观察窗口的存在会对整个风洞的流场造成影响。二是现有的发射光基本是点光源阵列的形式，这种光源发射的光会使得在不同距离的接收点接收到的光强可能不同，这就打破了流场压力和返回光强的对应关系。目前为了解决以上两个问题，已经依据传统快响应PSP技术衍生出来一些柔性PSP技术，但其压敏涂料所使用的PC基底的透光性差，导致测量信号强度较差，无法很好地投入使用。

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操作方便、测试结果准确的基于AAO模板的柔性快响应PSP测试装置、方法与应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于AAO模板的柔性快响应PSP测试装置，该测试装置包括均匀贴附在待测模型上表面的AAO模板、附着在AAO模板上的压力敏感涂料、激光光源以及光学信号处理单元，测试时，将待测模型放置在待测流场中，所述激光光源照射AAO模板，所述光学信号处理单元收集并处理发射光。

在工作状态下，将待测模型置于一定的待测流场中，如风洞，利用激光光源发出激发光，由于AAO模板是一种双通可透光结构，因此激发光可通过AAO模板照射于附着在模板上的压力敏感涂料上使之激发，流场压力的不同导致氧浓度不同，使得不同压力位置的压力敏感涂料发生不同程度的氧猝灭，返回的光强不同，与压力形成对应关系，从而通过光学信号处理单元即可得到整个流场的压力分布。

所述的光学信号处理单元包括用于收集发射光的滤光镜、位于滤光镜后方的高速CCD相机以及与高速CCD相机相连的计算机图像处理器。

所述滤光镜为500～700nm长波通滤光镜，可以有效排除其他波长光线对观测的影响。

所述压力敏感涂料中包括含有Ru(dpp)₃化合物的探针分子。

所述AAO模板的孔间距为50～500nm，孔径为20～400nm，厚度为1～100μm。AAO(Anodic Aluminum Oxide)模板，中文名多孔阳极氧化铝模板，是一种双通结构的纳米模板，它们的厚度仅为几十到几百纳米，广泛应用于纳米点阵列、纳米线阵列等的制备以及衬底表面图案化处理等。其孔径比较均匀，控排列短程有序，氧化铝的材质使其在可见光波段是透明的且是电绝缘的。超薄的AAO膜具有良好的柔性，可以适应各种形变。AAO膜主要利用阳极二次氧化制备获得。其独特优势在于可以轻易获得平方厘米范围内，低至纳米级(小于500nm)的微观结构，且成本低廉。过厚的AAO模板的柔性较差，难以适应各种形变，而太薄的AAO模板只能容纳较少的探针分子。厚度为1-100μm左右的AAO模板，同时兼顾了较为良好的柔性和较大的探针分子容量，在保证了与AAO模板与待测模型良好的贴合性质同时保证了较好的信号强度。

含有Ru(dpp)₃化合物的探针分子在AAO模板上具有较好的吸附能力与较高的压力敏感性，可获得较高的压力测量精度。其受激发产生的发射光光谱在500-700nm之间，在信号采集过程中需使用与该范围相匹配的滤光镜，从而排除激发光的干扰。

一种采用如上所述基于AAO模板的柔性快响应PSP测试装置的测试方法，包括以下几个步骤：