虹科案例|高穩(wěn)定紫外LED光源助力流體力學PSP技術

今天小編帶大家了解一下在流體力學相關領域大放異彩的高穩(wěn)定性UV-LED！

背景提要

流體力學是研究流體（液體、氣體和等離子體）的力學及其作用力的一門物理學科?？諝鈩恿W作為其中的一個分支，通過分析氣態(tài)流體的運動以及作用在穿過這種流體的物體的力，從而解釋控制飛機、火箭和導彈飛行的原理。它還涉及各類飛行器、汽車、高速火車和輪船的設計，以及橋梁和高層建筑的結構建造，以提高對強風的抵抗力。20世紀初，飛機的出現極大地促進了空氣動力學的發(fā)展。通過流體力學的實驗與理論，可以揭示飛行器周圍的壓力分布、受力情況與阻力問題。目前，飛行器動力設計主要依賴于理論研究估算、設計師經驗，以及最為主要的風洞試驗。風洞試驗依據運動的相對性原理，將飛行器的模型或實物固定在地面人工環(huán)境中，人為制造氣流流過，以此模擬空中各種復雜的飛行狀態(tài)，通過示蹤方法或光學方法對氣體流動進行觀察，以獲取試驗數據。

壓敏漆（PSP）技術

在各類飛行器的空氣動力學實驗中，模型表面的壓力分布往往是最重要的物理量之一。準確獲得壓力場的實驗結果，對于研究具體流動現象、計算模型氣動載荷分布等方面都具有重要的意義。傳統(tǒng)的測壓手段以接觸式測量方法為主，然而這種方法價格昂貴、且需要接觸表面，因此在測量過程中容易損壞被測面的形狀特征。上世紀80年代出現了一種光學式測壓技術，為壓敏漆技術（Pressure Sensitive Paint，PSP）。該技術具有無接觸探測的優(yōu)勢，目前已涵蓋航空航天飛行器表面壓力分布測量、直升機旋翼表面壓力分布測量、航空發(fā)動機風扇/壓氣機葉片、汽車制造等表面壓力分布測量、復雜流動機理研究等眾多領域。

PSP中含有一種具有壓力敏感性的特殊發(fā)光材料，當PSP受到特定波長的激發(fā)光照射時，會吸收激發(fā)光的能量并發(fā)射出波長更長的發(fā)射光，該過程稱為PSP的光致發(fā)光過程。在空氣環(huán)境中，由于“氧猝滅”效應，PSP的光致發(fā)光過程受到周圍環(huán)境中空氣壓力（本質是氧分壓）的影響。因此，通過建立PSP光致發(fā)光的光學特性與壓力的定量關系，就能夠實現對模型表面壓力的測量。

為了獲得準確測試結果，通常要求激發(fā)光源具備99.9%以上的穩(wěn)定性，同時對光斑的均勻性、光源開關響應速度、輻照強度提出苛刻的需求。

虹科高穩(wěn)定性紫外LED激勵光源

虹科為某客戶的PSP測試系統(tǒng)定制的紫外LED光源采用了獨特的光學設計方案，在電源驅動方案中加入了雙閉環(huán)設計（模擬與數字）、溫度控制模塊以及LED光源光功率控制模塊，通過專有的反饋算法，提升激勵光源輸出輻照度的穩(wěn)定性，實現了每小時<1‰的穩(wěn)定光譜輸出與>96%的光源均勻性。

（1）光線追跡過程；（2）光學鏡筒結構；（3）目標光斑；（4）光斑輻照度值采集位置

光源均勻性>96%

與市場上的其他解決方案相比，該紫外LED光源采用的超高穩(wěn)定度光源驅動技術具有很大的優(yōu)勢：

系統(tǒng)全自動、快速、穩(wěn)定，可以同時或分別控制不同波長的LED光源，功率范圍大（1W-5000W），可通過PWM方法實現10%-100%的穩(wěn)態(tài)調光，光強度響應速度<500ns（變化90%時），使用過程中無需預熱、無需校準，節(jié)省了大量時間。

在光源穩(wěn)定性方面，此紫外LED光源通過對散熱、控制、元器件等方面進行的研究與實驗，其發(fā)光強度穩(wěn)定性≥99.92%，各項指標均優(yōu)于國外同行高端光源。

光源穩(wěn)定性對比實驗

（左）虹科LED光源穩(wěn)定性；（右）國外某光源穩(wěn)定性目前，虹科提供的高穩(wěn)定性紫外LED激勵光源已廣泛應用于流體力學中的PSP/TSP應用中，已涵蓋航空航天飛行器表面壓力分布測量、直升機旋翼表面壓力分布測量、航空發(fā)動機風扇/壓氣機葉片、汽車制造等表面壓力分布測量、復雜流動機理研究等眾多領域。

產品特點小結

虹科紫外LED光源采用專業(yè)的超高穩(wěn)定度光源驅動技術，其具有以下顯著特點：

優(yōu)異的光學特性：光源穩(wěn)定性≥99.92%，光源均勻性>96%，快響應速度

可變焦輸出

可根據光譜定制

無需預熱即可使用