一種三維速度壓力耦合測量方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及流體力學(xué)測量應(yīng)用領(lǐng)域中的三維空間激光成像測量技術(shù)，尤其涉及一種三維速度壓力耦合測量方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]對自然界和工程界中的流動，流場壓力場的獲取是一個重要的研宄內(nèi)容，因為壓力是物體受力最直接的體現(xiàn)，而壓力脈動是湍流流動特性維持和改變的重要原因。
[0003]在實驗研宄中，對流場內(nèi)壓力的直接測量是非常困難的，其中的原因也是多方面的，采用壓力傳感器植入式的測量會對流場造成較大干擾，而且還會涉及到單點測量、空間分辨率和時間響應(yīng)等諸多問題；間接壓力測量的方法以光學(xué)方法最為常見，主要是在物體表面進(jìn)行壓敏漆處理，通過光學(xué)成像的方法來識別壁面的壓力分布，例如壓敏漆(PSP)技術(shù)。但是光學(xué)壓敏測量技術(shù)只能測量固體表面的壓力分布，在測量精度、空間分辨率和動態(tài)響應(yīng)方面表現(xiàn)還有待進(jìn)一步提高；而且即便是采用經(jīng)過壓敏漆處理的示蹤粒子進(jìn)行速度場和壓力場的耦合測量也才處于探索性階段，并沒有得到廣泛應(yīng)用。
[0004]因此，提供一種三維速度壓力耦合測量方案，能夠?qū)崿F(xiàn)對三維流場的速度場和壓力場的耦合測量，已成為亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明實施例期望提供一種三維速度壓力耦合測量方法及系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對三維流場的速度場和壓力場的耦合測量，且測量精度高、應(yīng)用范圍廣。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實施例的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明實施例提供了一種三維速度壓力耦合測量方法，所述方法包括:
[0008]獲取待測流場中的標(biāo)定靶的數(shù)字圖像信息；
[0009]控制脈沖激光器先后發(fā)射N束脈沖激光照射待測流場，并控制K個圖像采集設(shè)備同步采集所述N束脈沖激光照射的待測流場中示蹤粒子的數(shù)字圖像信息；N為大于2的正整數(shù)，K為大于2的正整數(shù)；
[0010]依據(jù)所述示蹤粒子的數(shù)字圖像信息及所述標(biāo)定靶的數(shù)字圖像信息進(jìn)行三維圖像重構(gòu)得到所述待測流場的三維粒子灰度分布場，由所述三維粒子灰度分布場得到三維速度矢量場，并依據(jù)得到的三維速度矢量場獲得所述待測流場的壓力場。
[0011]上述方案中，所述控制脈沖激光器先后發(fā)射N束脈沖激光照射待測流場包括:
[0012]周期性的控制脈沖激光器等時間間隔的先后發(fā)射N束脈沖激光照射待測流場。
[0013]上述方案中，所述控制K個圖像采集設(shè)備同步采集所述N束脈沖激光照射的待測流場中示蹤粒子的數(shù)字圖像信息，包括:
[0014]控制K個圖像采集設(shè)備處于跨幀運(yùn)行方式，從不同角度同步采集所述N束脈沖激光照射的待測流場中示蹤粒子的數(shù)字圖像信息。
[0015]上述方案中，所述由所述三維粒子灰度分布場得到三維速度矢量場，包括:
[0016]采用速度梯度自適應(yīng)的體互相關(guān)算法，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃俣忍荻鹊{(diào)節(jié)判讀窗口的形狀，由所述三維粒子灰度分布場得到三維速度矢量場。
[0017]上述方案中，所述依據(jù)得到的三維速度矢量場獲得所述待測流場的壓力場，包括:
[0018]依據(jù)得到的三維速度矢量場獲得對應(yīng)的初始壓力梯度矢量場，依據(jù)獲得的初始壓力梯度矢量場獲得壓力梯度修正矢量場，依據(jù)獲得的初始壓力梯度矢量場及壓力梯度修正矢量場得到修正后的滿足無旋條件的壓力梯度矢量場，對獲得的所述修正后的滿足無旋條件的壓力梯度矢量場進(jìn)行積分，得到所述待測流場的壓力場。
[0019]本發(fā)明實施例還提供了一種三維速度壓力耦合測量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:服務(wù)器、同步控制器、脈沖激光器及K個圖像采集設(shè)備；其中，
[0020]所述服務(wù)器，用于獲取待測流場中的標(biāo)定靶的數(shù)字圖像信息；
[0021]所述服務(wù)器，還用于通過所述同步控制器控制脈沖激光器先后發(fā)射N束脈沖激光照射待測流場，并通過所述同步控制器控制K個圖像采集設(shè)備同步采集所述N束脈沖激光照射的待測流場中示蹤粒子的數(shù)字圖像信息；N為大于2的正整數(shù)，K為大于2的正整數(shù)；
[0022]所述服務(wù)器，還用于依據(jù)所述示蹤粒子的數(shù)字圖像信息及所述標(biāo)定靶的數(shù)字圖像信息進(jìn)行三維圖像重構(gòu)得到所述待測流場的三維粒子灰度分布場，由所述三維粒子灰度分布場得到三維速度矢量場，并依據(jù)得到的三維速度矢量場獲得所述待測流場的壓力場。
[0023]上述方案中，所述服務(wù)器，具體用于通過所述同步控制器周期性的控制脈沖激光器等時間間隔的先后發(fā)射N束脈沖激光照射待測流場。
[0024]上述方案中，所述服務(wù)器，具體用于通過所述同步控制器控制所述K個圖像采集設(shè)備處于跨幀運(yùn)行方式，從不同角度同步采集所述N束脈沖激光照射的待測流場中示蹤粒子的數(shù)字圖像信息。
[0025]上述方案中，所述服務(wù)器，具體用于采用速度梯度自適應(yīng)的體互相關(guān)算法，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃俣忍荻鹊{(diào)節(jié)判讀窗口的形狀，由所述三維粒子灰度分布場得到三維速度矢量場。
[0026]上述方案中，所述服務(wù)器，具體用于依據(jù)得到的三維速度矢量場獲得對應(yīng)的初始壓力梯度矢量場，依據(jù)獲得的初始壓力梯度矢量場獲得壓力梯度修正矢量場，依據(jù)獲得的初始壓力梯度矢量場及壓力梯度修正矢量場得到修正后的滿足無旋條件的壓力梯度矢量場，對獲得的所述修正后的滿足無旋條件的壓力梯度矢量場進(jìn)行積分，得到所述待測流場的壓力場。
[0027]本發(fā)明實施例所提供的三維速度壓力耦合測量方法及系統(tǒng)，獲取待測流場中的標(biāo)定靶的數(shù)字圖像信息；控制脈沖激光器先后發(fā)射N束脈沖激光照射待測流場，并控制K個圖像采集設(shè)備同步采集所述N束脈沖激光照射的待測流場中示蹤粒子的數(shù)字圖像信息；N為大于2的正整數(shù)，K為大于2的正整數(shù)；依據(jù)所述示蹤粒子的數(shù)字圖像信息及所述標(biāo)定靶的數(shù)字圖像信息進(jìn)行三維圖像重構(gòu)得到所述待測流場的三維粒子灰度分布場，由所述三維粒子灰度分布場得到三維速度矢量場，并依據(jù)得到的三維速度矢量場獲得所述待測流場的壓力場。如此，能夠?qū)崿F(xiàn)對三維流場的速度場和壓力場的耦合測量，實現(xiàn)簡單、測量精度高、應(yīng)用范圍廣，具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明實施例一的三維速度壓力耦合測量方法流程示意圖；
[0029]圖2為本發(fā)明實施例三脈沖激光器原理示意圖；
[0030]圖3為本發(fā)明實施例雙芯片PIV跨幀數(shù)字相機(jī)原理示意圖；
[0031]圖4為本發(fā)明實施例圖像信息采集時序示意圖；
[0032]圖5為本發(fā)明實施例同步控制器與三脈沖激光器、雙芯片PIV跨幀數(shù)字相機(jī)的連接原理示意圖；
[0033]圖6為本發(fā)明實施例三維速度壓力耦合測量實現(xiàn)原理示意圖；
[0034]圖7為本發(fā)明實施例二的三維速度壓力耦合測量方法流程示意圖；
[0035]圖8為本發(fā)明實施例三維速度壓力耦合測量系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0036]在本發(fā)明實施例中，獲取待測流場中的標(biāo)定靶的數(shù)字圖像信息；控制脈沖激光器先后發(fā)射N束脈沖激光照射待測流場，并控制K個圖像采集設(shè)備同步采集所述N束脈沖激光照射的待測流場中的示蹤粒子的數(shù)字圖像信息；N為大于2的正整數(shù)，K為大于2的正整數(shù)；依據(jù)所述示蹤粒子的數(shù)字圖像信息及所述標(biāo)定靶的數(shù)字圖像信息進(jìn)行三維圖像重構(gòu)得到所述待測流場的三維粒子灰度分布場，由所述三維粒子灰度分布場得到三維速度矢量場，并依據(jù)得到的三維速度矢量場獲得所述待測流場的壓力場。
[0037]實施例一
[0038]圖1所示為本發(fā)明實施例一的三維速度壓力耦合測量方法流程示意圖，如圖1所示，本發(fā)明實施例三維速度壓力耦合測量方法包括:
[0039]步驟101:獲取待測流場中的標(biāo)定靶的數(shù)字圖像信息；
[0040]這里，所述待測流場中的標(biāo)定靶的數(shù)字圖像信息為:所述待測流場厚度方向上的G個不同位置的標(biāo)定靶的數(shù)字圖像信息；
[0041]本步驟具體包括:將預(yù)設(shè)的標(biāo)定靶放置在所述待測流場厚度方向上的G個不同的位置，并控制所述K個圖像采集設(shè)備對不同位置上的標(biāo)定靶分別進(jìn)行圖像采集，得到不同位置上標(biāo)定靶的數(shù)字圖像信息，以使服務(wù)器依據(jù)所述標(biāo)定靶的數(shù)字圖像信息得到所述待測流場物理空間和所述圖像采集設(shè)備的成像平面二維空間之間的映射函數(shù)，用于三維粒子灰度分布場計算；其中，G為正整數(shù)，具體可依據(jù)實際情況進(jìn)行設(shè)定；
[0042]這里，所述標(biāo)定革El可以為用于雙芯片粒子圖像測速(PIV，Particle ImageVelocimetry)的平面標(biāo)定革巴。
[0043]步驟102:控制脈沖激光器先后發(fā)射N束脈沖激光照射待測流場，并控制K個圖像采集設(shè)備同步采集所述N束脈沖激光照射的待測流場中示蹤粒子的數(shù)字圖像信息；
[0044]這里，所述待測流場為激光照射的特定體空間；所述特定體空間的大小可以依據(jù)實際需要進(jìn)行選取。
[0045]進(jìn)一步的，所述控制脈沖激光器先后發(fā)射N束脈沖激光照射待測流場包括:
[0046]服