一种大热流激光校准装置

摘要

本发明公开了一种大热流激光校准装置，包括激光单元，所述激光单元的两侧对称安装有真空腔室，其中一侧的真空腔室用于安装标准热流传感器，另一侧的真空腔室用于安装实验热流传感器；所述激光单元用于向其两侧的标准热流传感器和实验热流传感器照射激光以提供相同的热流环境。本发明的大热流激光校准装置具有能够进行大热流校准且校准效率高等优点。

权利要求

1.一种大热流激光校准装置，其特征在于，包括激光单元（1），所述激光单元（1）的两侧对称安装有真空腔室（2），其中一侧的真空腔室（2）用于安装标准热流传感器（3），另一侧的真空腔室（2）用于安装实验热流传感器（4）；所述激光单元（1）用于向其两侧的标准热流传感器（3）和实验热流传感器（4）照射激光以提供相同的热流环境；

所述激光单元（1）为激光器；

所述真空腔室（2）内安装有转盘（6），各转盘（6）均对应有独立的第一驱动件（61），所述转盘（6）的圆周上设有多个用于安装热流传感器的接口，所述转盘（6）在对应第一驱动件（61）的驱动下转动以使转盘（6）上其中一个热流传感器处于校准位置。

2.根据权利要求1所述的大热流激光校准装置，其特征在于，所述第一驱动件（61）包括驱动件和传动杆（611），所述传动杆（611）的一端与驱动件相连，另一端与转盘（6）相连。

3.根据权利要求1或2所述的大热流激光校准装置，其特征在于，各所述真空腔室（2）内均设有调制盘（5），各所述调制盘（5）位于所述激光单元（1）和热流传感器之间且相对设置；

两调制盘（5）均通过同一第二驱动件（51）驱动同步旋转。

4.根据权利要求3所述的大热流激光校准装置，其特征在于，所述调制盘（5）包括多块扇形块，多块扇形块沿圆周方向分布。

5.根据权利要求3所述的大热流激光校准装置，其特征在于，所述第二驱动件（51）包括驱动箱（511）、第一传动杆（512）、第二传动杆（513）和第三传动杆（514），所述第一传动杆（512）设置在所述驱动箱（511）的两侧并通过驱动箱（511）驱动转动，所述第二传动杆（513）的一端与第一传动杆（512）配合传动连接，另一端与第三传动杆（514）的一端配合传动连接，第三传动杆（514）的另一端与调制盘（5）固定连接，其中各配合传动连接均为两个锥形齿轮（515）配合传动。

6.根据权利要求1或2所述的大热流激光校准装置，其特征在于，还包括控制单元和采集单元，所述采集单元分别与标准热流传感器（3）和实验热流传感器（4）相连、用于采集热流信号并发送至控制单元进行比较。

说明书

一种大热流激光校准装置

技术领域

[0001] 本发明主要涉及传感器校准技术领域，特指一种大热流激光校准装置。

背景技术

[0002] 热流校准在航空航天武器装备热防护系统设计、气动热外形设计及热能工程窑炉传热设计等方面有广泛的应用，热流校准的应用趋向于大热流动态校准的实际使用工况条件，现有的热流传感器校准装置利用高温石墨平板在空气中进行热流校准。在该装置中经过特殊加工的高温石墨平板两侧能提供对称的热流，对称位置放置标准热流传感器和实验热流传感器，通过对比标准热流传感器和实验热流传感器信号输出完成实验热流传感器的2
校准。该装置存在的问题是只能进行最高2MW/m 的热流校准，不能满足更高量程的热流校准需求，同时不能进行动态热流校准。在实际应用过程中，高于2MW/m2的大热流校准工作非常重要，同时动态热流校准的过程更符合工程应用实际。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够进行大热流校准且校准效率高的大热流激光校准装置。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

[0005] 一种大热流激光校准装置，包括激光单元，所述激光单元的两侧对称安装有真空腔室，其中一侧的真空腔室用于安装标准热流传感器，另一侧的真空腔室用于安装实验热流传感器；所述激光单元用于向其两侧的标准热流传感器和实验热流传感器照射激光以提供相同的热流环境。

[0006] 作为上述技术方案的进一步改进：

[0007] 所述激光单元为激光器。

[0008] 所述真空腔室内安装有转盘，各转盘均对应有独立的第一驱动件，所述转盘的圆周上设有多个用于安装热流传感器的接口，所述转盘在对应第一驱动件的驱动下转动以使转盘上其中一个热流传感器处于校准位置。

[0009] 所述第一驱动件包括驱动件和传动杆，所述传动杆的一端与驱动件相连，另一端与转盘相连。

[0010] 各所述真空腔室内均设有调制盘，各所述调制盘位于所述激光单元和热流传感器之间且相对设置；两调制盘均通过同一第二驱动件驱动同步旋转。

[0011] 所述调制盘包括多块扇形块，多块扇形块沿圆周方向分布。

[0012] 所述第二驱动件包括驱动箱、第一传动杆、第二传动杆和第三传动杆，所述第一传动杆设置在所述驱动箱的两侧并通过驱动箱驱动转动，所述第二传动杆的一端与第一传动杆配合传动连接，另一端与第三传动杆的一端配合传动连接，第三传动杆的另一端与调制盘固定连接，其中各配合传动连接均为两个锥形齿轮配合传动。

[0013] 还包括控制单元和采集单元，所述采集单元分别与标准热流传感器和实验热流传感器相连、用于采集热流信号并发送至控制单元进行比较。

[0014] 与现有技术相比，本发明的优点在于：

[0015] 本发明的大热流激光校准装置，采用激光单元(如激光器)作为热源，输出光斑集中、能量损失小且稳定性好，能够进行大热流校准且提高了热流校准的准确度。真空腔室内的转盘上可以安装多个热流传感器，满足校准多支实验热流传感器的需求，提高测试效率。

附图说明

[0016] 图1为本发明的立体结构示意图。

[0017] 图2为本发明的方框结构图。

[0018] 图3为本发明中第二驱动件的结构示意图。

[0019] 图中标号表示：1、激光单元；2、真空腔室；3、标准热流传感器；4、实验热流传感器；5、调制盘；51、第二驱动件；511、驱动箱；512、第一传动杆；513、第二传动杆；514、第三传动杆；515、锥形齿轮；6、转盘；61、第一驱动件；7、机械泵；8、数字电压表；9、计算机；10、电气控制系统；11、气体控制系统。

具体实施方式

[0020] 以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

[0021] 如图1至图3所示，本实施例的大热流激光校准装置，包括激光单元1，激光单元1的两侧对称安装有真空腔室2，其中一侧的真空腔室2用于安装标准热流传感器3，另一侧的真空腔室2用于安装实验热流传感器4；激光单元1用于向其两侧的标准热流传感器3和实验热流传感器4照射激光以提供相同的热流环境。本发明的大热流激光校准装置，采用激光单元1(如激光器)作为热源，输出光斑集中、能量损失小且稳定性好，能够进行大热流校准且提高了热流校准的准确度。

[0022] 本实施例中，真空腔室2内安装有转盘6，各转盘6均对应有独立的第一驱动件61，转盘6的圆周上设有多个用于安装热流传感器的接口，转盘6在对应第一驱动件61的驱动下转动以使转盘6上其中一个热流传感器处于校准位置。如图1所示，转盘6上均匀分布有五个接口，接口上均安装有不同类型或量程的热流传感器，在进行测试时，将需要测试的传感器转动至最上方，与激光器的光路处于相同的测量光路，从而满足能够校准多支实验热流传感器4的需求，提高测试效率。其中第一驱动件61包括驱动件(图中未示出)和传动杆611，传动杆611的一端与驱动件相连，另一端与转盘6相连，传动杆611在驱动件的驱动下转动，从而带动转盘6转动。

[0023] 本实施例中，各真空腔室2内均设有调制盘5，各调制盘5位于激光单元1和热流传感器之间且相对设置，调制盘5包括多块扇形块，多块扇形块沿圆周方向分布；两调制盘5均通过同一第二驱动件51驱动旋转；调制盘5的转动，能够使激光器的静态热流转变成动态热流，且通过调制盘5的转动速度来调整动态热流的变化频率。激光器两侧的调制盘5均通过同一第二驱动件51驱动旋转，能够保证两调制盘5保持同步且同相位转动，从而保证激光器两侧的标准热流传感器3和实验热流传感器4处于同步的热流环境下，提高校准的可靠性及精准性。其中第二驱动件51包括驱动箱511、第一传动杆512、第二传动杆513和第三传动杆514，第一传动杆512设置在驱动箱511的两侧并通过驱动箱511驱动转动，第二传动杆513的一端与第一传动杆512配合传动连接，另一端与第三传动杆514的一端配合传动连接，第三传动杆514的另一端与调制盘5固定连接，其中各配合传动连接均为两个锥形齿轮515配合传动。

[0024] 本实施例中，还包括控制单元和采集单元，采集单元分别与标准热流传感器3和实验热流传感器4相连、用于采集热流信号并发送至控制单元进行比较。

[0025] 工作原理为，把实验热流传感器4与标准热流传感器3通过置于对称热流环境下，根据标准热流传感器3的信号输出校准实验热流传感器4。利用标准热流传感器3的系数C0和输出电压E0，就可以算出施加的对称热流密度q，根据实验热流传感器4的输出电压E从而能够确定待校准热流传感器的系数C，即：

[0026]

[0027] 式中：C——实验热流传感器4的系数；

[0028] C0—标准热流传感器3的系数；

[0029] q—热流密度；

[0030] E—实验热流传感器4的输出电压；

[0031] E0—标准热流传感器3的输出电压；

[0032] 使用时，标准热流传感器3和实验热流传感器4通过安装接口安装于转盘6上，两个转盘6与高功率激光器处于等距位置，使其接受相同的施加热流。激光器两侧的转盘6分别用于切换和精确定位标准热流传感器3和实验热流传感器4的位置，使两侧不同的标准热流传感器3和实验热流传感器4进入测量光路，同时满足能够安装不同量程的标准热流传感器3及校准多支实验热流传感器4的需求。标准热流传感器3和实验热流传感器4与采集单元(如数字电压表8)连接，用于采集热流信号的输出，数字电压表8与控制单元(如计算机9)连接，用于测试程序的控制及测试数据的比对分析。

[0033] 开启电气控制系统10和气体控制系统11，向真空腔室2充入惰性气体(氮气或氩气)，同时排出真空腔室2内的气体，数分钟后真空腔室2内主要成分为惰性气体，空气只占极少部分。开启机械泵7对真空腔室2进行抽真空，使真空腔室2的真空度保持在0.1Pa左右。电气控制系统10对高功率激光器供电，通过控制输入的电压电流值，使高功率激光器的激光输出功率至目标值，通过调节转盘6使合适量程的标准热流传感器3及待校准的实验热流传感器4处于接受激光输出的位置，开启信号采集软件，利用数字电压表8同步采集标准热流传感器3和实验热流传感器4的信号输出，利用计算机9对输出信号进行分析，结合标准热流传感器3的灵敏度可以得到实验热流传感器4的标准热流与电压信号输出的情况，通过电气控制系统10调整输入电压电流值可以获得实验热流传感器4的热流与电压的校准曲线，从而对传感器进行热流校准。通过调节转盘6可实现不同量程的标准热流传感器3的切换，在热流校准过程中调节转盘6可实现不同的实验热流传感器4切换进而校准不同的实验热流传感器4。

[0034] 在动态热流校准过程中，同时联动校准激光器两侧的调制盘5，使两侧调制盘5同相位同转速联动，高功率激光器两侧的对称激光信号稳定后，标准热流传感器3和实验热流传感器4处于相同功率的动态热流照射之下，同步采集标准热流传感器3和实验热流传感器4的信号输出，并经过测试软件分析，完成传感器的动态热流校准。

[0035] 本发明的大热流激光校准装置，通过高功率激光器产生的热流进行热流传感器校准，高功率激光器输出能量大、输出光斑集中且稳定性好，能够达到输出上限9MW/m2的大能量热流，解决了现有热流校准装置石墨平板产生热流不高于2MW/m2的限制。

[0036] 以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。