本文關(guān)鍵詞：雙組份壓敏漆試驗(yàn)技術(shù)測(cè)量不確定度研究

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【摘要】：壓敏漆測(cè)壓技術(shù)是一種利用高分子有機(jī)物(探針?lè)肿?的光致發(fā)光特性和“氧猝熄”效應(yīng)進(jìn)行物體表面壓力測(cè)量的試驗(yàn)技術(shù),該技術(shù)能夠以非侵入的方式獲得物面分辨率較高的連續(xù)壓力圖譜,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)壓力測(cè)量方式的固有缺陷和不足。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)的試驗(yàn)方法和后處理算法的研究比較深入,但對(duì)于壓敏漆測(cè)量系統(tǒng),尤其是雙組份壓敏漆測(cè)量系統(tǒng)的誤差分析及不確定度研究涉及很少。本文綜合運(yùn)用理論分析、數(shù)學(xué)推演和試驗(yàn)方法,對(duì)雙組份壓敏漆測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量不確定度進(jìn)行了系統(tǒng)而深入的研究。首先,論文推導(dǎo)建立了雙組份壓敏漆測(cè)量系統(tǒng)的壓力測(cè)量不確定度分析與評(píng)定方法,并進(jìn)行了適用性驗(yàn)證。其次,基于建立的評(píng)定方法,進(jìn)行了如下四項(xiàng)研究工作:(1)分析并驗(yàn)證了雙組份壓敏漆對(duì)部分單組份壓敏漆固有誤差源的修正機(jī)理;(2)推導(dǎo)了雙組份壓敏漆測(cè)量系統(tǒng)的壓力分辨率極限和壓力系數(shù)分辨率極限的表達(dá)形式,總結(jié)了提高系統(tǒng)壓力及壓力系數(shù)分辨率的若干方法;(3)推導(dǎo)了雙組份壓敏漆測(cè)量系統(tǒng)的基本誤差容許上限表達(dá)形式,驗(yàn)證了國(guó)外文獻(xiàn)中給出的壓敏漆測(cè)量系統(tǒng)基本誤差容許上限表達(dá)形式的正確性[57],指出不同工況下需要重點(diǎn)控制的誤差源;(4)進(jìn)行了試驗(yàn)主要誤差源的辨識(shí),研究了主要誤差源精準(zhǔn)度對(duì)壓力測(cè)量不確定度的影響。論文完成的主要工作如下:一、借鑒劉天舒等人建立單組份壓敏漆測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量不確定度評(píng)定方法的研究思路[57],建立了雙組份壓敏漆測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量不確定度分析與評(píng)定方法。推導(dǎo)了適用于雙組份壓敏漆的經(jīng)典Stern-Volmer關(guān)系式,辨識(shí)并分析了壓敏漆測(cè)壓技術(shù)中所涉及的各項(xiàng)誤差源及其作用原理,以經(jīng)典Stern-Volmer關(guān)系式為基礎(chǔ),在消除或剝離各項(xiàng)誤差源后,推導(dǎo)了建立雙組份壓敏漆測(cè)量系統(tǒng)不確定度分析與評(píng)定方法的物理基礎(chǔ)(廣義Stern-Volmer關(guān)系式),基于誤差傳遞理論和廣義Stern-Volmer關(guān)系式,分析總結(jié)了自變量誤差源的靈敏度系數(shù)、基本方差和合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的表達(dá)形式,建立了適用于雙組份壓敏漆測(cè)量系統(tǒng)的壓力測(cè)量不確定度分析與評(píng)定方法。二、驗(yàn)證了雙組份壓敏漆測(cè)量系統(tǒng)不確定度評(píng)定方法的準(zhǔn)確性和適用性�；谡`差模擬的思想,通過(guò)改變壓敏漆發(fā)光強(qiáng)度的變壓力法和變功率法模擬壓敏漆光降解、表面污染及激發(fā)光源的光強(qiáng)變化和圖像配準(zhǔn)誤差,人為假定光譜泄漏量或更換濾片的方法模擬真實(shí)的光譜泄露誤差,以相機(jī)暗電流替代光子散粒噪聲,人為設(shè)定參考?jí)毫φ`差和壓敏漆校準(zhǔn)誤差,改變校準(zhǔn)溫度模擬溫度誤差等一系列方法,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的校準(zhǔn)驗(yàn)證試驗(yàn),闡明了不確定度評(píng)定方法適用性條件,證實(shí)了評(píng)定方法的工程適用性。三、基于廣義Stern-Volmer關(guān)系式的推導(dǎo),分析闡述了雙組份壓敏漆對(duì)于涂層厚度變化、受測(cè)點(diǎn)與鏡頭距離的變化、涂層照度變化和壓敏漆溫度效應(yīng)這四項(xiàng)單組份壓敏漆固有誤差源的修正機(jī)理,并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的校準(zhǔn)驗(yàn)證試驗(yàn),證實(shí)了雙組份壓敏漆對(duì)上述四項(xiàng)誤差源修正機(jī)理的真實(shí)性和修正效果的有效性,指出了雙組份壓敏漆在工程應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)。四、基于建立的雙組份壓敏漆測(cè)量不確定度分析與評(píng)定方法,在只存在光子散粒噪聲誤差源的“理想”情況下,推導(dǎo)了雙組份壓敏漆測(cè)量系統(tǒng)的壓力分辨率極限形式,推導(dǎo)了一維等熵流和正激波兩種情況下的壓力系數(shù)分辨率極限形式,分析了系統(tǒng)壓力及壓力系數(shù)分辨率極限隨校準(zhǔn)系數(shù)、物面壓力、來(lái)流總壓及馬赫數(shù)等參數(shù)的變化規(guī)律,總結(jié)了提高測(cè)量壓力及壓力系數(shù)分辨率進(jìn)而提高PSP測(cè)量精準(zhǔn)度的準(zhǔn)則,提出了在亞聲速增壓、超聲速常壓或降壓等提高PSP試驗(yàn)精準(zhǔn)度的若干方法。五、基于壓敏漆測(cè)量系統(tǒng)的不確定度傳播方程和拉格朗日乘子算法,推導(dǎo)了基本誤差容許上限的表達(dá)形式,驗(yàn)證了國(guó)外文獻(xiàn)中給出的壓敏漆測(cè)量系統(tǒng)基本誤差容許上限表達(dá)形式的正確性[57],估算了雙組份壓敏漆測(cè)量系統(tǒng)所包含的16項(xiàng)基本誤差的容許上限,分析了基本誤差容許上限隨壓力、溫度和校準(zhǔn)系數(shù)及其對(duì)溫度的導(dǎo)數(shù)等參數(shù)的變化規(guī)律,比較了單組份與雙組份壓敏漆的基本誤差容許上限的差異,指出在不同工況下需要重點(diǎn)控制的誤差源,提出了若干提高PSP試驗(yàn)精準(zhǔn)度的方法。六、實(shí)施了某型客機(jī)機(jī)翼雙組份壓敏漆試驗(yàn),基于建立的雙組份壓敏漆不確定度評(píng)定方法,估算了上翼面的壓力測(cè)量不確定度量值,分析了壓力測(cè)量不確定度的分布規(guī)律,探討了機(jī)翼前緣不確定度量值較大的原因和壓力梯度較大區(qū)域的不確定度曲線“鼓包”成因的機(jī)理,辨識(shí)了主要誤差源,總結(jié)了有效提高試驗(yàn)精準(zhǔn)度的部分方法和原則,研究了壓敏漆校準(zhǔn)精度和圖像配準(zhǔn)精度這兩項(xiàng)主要誤差源對(duì)壓力不確定度的影響并探討了兩者的作用機(jī)理和范圍。七、針對(duì)雙組份壓敏漆試驗(yàn)技術(shù)中的重要誤差源-壓敏漆校準(zhǔn)系數(shù),設(shè)計(jì)了相應(yīng)的校準(zhǔn)試驗(yàn),獲得了壓敏漆校準(zhǔn)均方根誤差帶,研究了校準(zhǔn)試驗(yàn)中涉及的圖像光強(qiáng)調(diào)節(jié)、平均圖像數(shù)量、取圖區(qū)域選取、濾波選擇、圖像清晰度調(diào)節(jié)和模數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)等技術(shù)細(xì)節(jié)對(duì)校準(zhǔn)精準(zhǔn)度的影響,總結(jié)了壓敏漆校準(zhǔn)試驗(yàn)的實(shí)施準(zhǔn)則和注意細(xì)節(jié),研究結(jié)果對(duì)于壓敏漆的校準(zhǔn)技術(shù)具有較強(qiáng)的指導(dǎo)作用。八、開(kāi)發(fā)了適用于雙組份壓敏漆測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)后處理軟件和風(fēng)洞試驗(yàn)后處理軟件。九、總結(jié)全文,指出論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn),提出壓敏漆測(cè)量不確定研究的發(fā)展方向。
【關(guān)鍵詞】：雙組份壓敏漆 不確定度評(píng)定方法 壓力分辨率極限 誤差容許上限 主要誤差源辨識(shí) 壓敏漆校準(zhǔn)準(zhǔn)則
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V211.7
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 引言13-27
• §1.1 研究背景和意義13-17
• §1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-23
• §1.3 論文研究目的和主要工作23-27
• 第二章 雙組份壓敏漆測(cè)量系統(tǒng)不確定度分析與評(píng)定方法的建立27-43
• §2.1 經(jīng)典STERN-VOLMER關(guān)系式的推導(dǎo)27-30
• §2.2 CCD相機(jī)輸出信號(hào)表達(dá)式30-35
• §2.2.1 激發(fā)光通量30-32
• §2.2.2 發(fā)射光通量32-33
• §2.2.3 輸出信號(hào)33-35
• §2.3 誤差源分析35-37
• §2.4 廣義STERN-VOLMER關(guān)系式的推導(dǎo)37-39
• §2.5 不確定度評(píng)定方法的建立39-41
• §2.5.1 不確定度傳播方程39-40
• §2.5.2 基本方差和靈敏度系數(shù)40-41
• §2.6 本章小結(jié)41-43
• 第三章 不確定度評(píng)定方法的試驗(yàn)驗(yàn)證43-69
• §3.1 校準(zhǔn)設(shè)備和圖像后處理軟件43-45
• §3.2 評(píng)定方法適用性驗(yàn)證45-68
• §3.2.1 D_(t1)(△t)、D_(t2)(△t)和D_(x1)(△x)、D_(x2)(△x) 驗(yàn)證45-52
• §3.2.2 π_(1f)/π_(1f,ref)和π_(2f,ref)/π_(2f) 驗(yàn)證52-59
• §3.2.3 V_1、V_(1ref)和V_2、V_(2ref)驗(yàn)證59-62
• §3.2.4 P_(ref)的驗(yàn)證62-63
• §3.2.5 A(T)的驗(yàn)證63-65
• §3.2.6 B(T)的驗(yàn)證65-66
• §3.2.7 T的驗(yàn)證66-68
• §3.3 本章小結(jié)68-69
• 第四章 雙組份壓敏漆對(duì)部分誤差項(xiàng)的修正機(jī)理分析與驗(yàn)證69-79
• §4.1 修正機(jī)理分析69-70
• §4.2 試驗(yàn)驗(yàn)證70-77
• §4.2.1 涂層厚度差異的修正71-72
• §4.2.2 照度變化的修正72-73
• §4.2.3 受測(cè)點(diǎn)與鏡頭距離變化的修正73-75
• §4.2.4 溫度變化的修正75-77
• §4.3 本章小結(jié)77-79
• 第五章 壓力及壓力系數(shù)分辨率極限79-91
• §5.1 壓力及壓力系數(shù)分辨率極限形式的推導(dǎo)79-83
• §5.1.1 壓力分辨率極限形式的推導(dǎo)80-81
• §5.1.2 壓力系數(shù)分辨率極限形式的推導(dǎo)81-83
• §5.2 壓力及壓力系數(shù)分辨率極限變化規(guī)律分析83-89
• §5.2.1 壓力分辨率極限變化規(guī)律83-85
• §5.2.2 壓力系數(shù)分辨率極限變化規(guī)律85-89
• §5.3 本章小結(jié)89-91
• 第六章 基本誤差容許上限91-97
• §6.1 基本誤差容許上限的推導(dǎo)91-93
• §6.2 基本誤差容許上限的變化規(guī)律93-96
• §6.3 本章小結(jié)96-97
• 第七章 主要誤差源的辨識(shí)97-123
• §7.1 試驗(yàn)設(shè)備及圖像后處理軟件97-104
• §7.1.1 風(fēng)洞與模型97
• §7.1.2 雙組份壓敏漆試驗(yàn)系統(tǒng)97-98
• §7.1.3 圖像后處理軟件98-104
• §7.2 主要誤差源的辨識(shí)104-122
• §7.2.1 壓力不確定度分布規(guī)律104-111
• §7.2.2 主要誤差源辨識(shí)111-113
• §7.2.3 主要誤差源精準(zhǔn)度對(duì)不確定度的影響113-116
• §7.2.4 校準(zhǔn)技術(shù)細(xì)節(jié)對(duì)精準(zhǔn)度的影響116-122
• §7.3 本章小結(jié)122-123
• 第八章 總結(jié)與展望123-127
• §8.1 工作總結(jié)123-125
• §8.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)125
• §8.3 工作展望125-127
• 參考文獻(xiàn)127-141
• 主持或參與的主要課題及項(xiàng)目141
• 攻讀博士期間的論文及專利141-143
• 致謝143

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本文編號(hào)：1013820