[發明專利]一種計算機控制的模型水輪機流態觀測的同步數字式成像方法

有效

• 申請號: 201310111380.1
• 申請日: 2013-04-02
• 公開（公告）號: CN103149031A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 劉智良;陳金霞;趙越;崔天祥;郭全寶;黃茂盛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱電機廠有限責任公司
• 主分類號: G01M15/00
• 分類號: G01M15/00;H04N5/235;H04N5/232
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種計算機控制的模型水輪機流態觀測的同步數字式成像方法，其特征是：

1）啟動計算機系統；

2）調節模型水輪機使其達到欲觀測的固定轉速下的穩定工作狀態；

3）利用計算機數據采集設備采集模型水輪機的轉速信號，并計算當前模型水輪機的轉頻，具體方法如下：

假設當前模型水輪機的測速齒盤為N個齒，齒盤的每個齒轉過轉速傳感器時，傳感器產生一個脈沖信號，數據采集設備中的計數器對脈沖進行頻率測量，通過數據采集設備中的內部時鐘頻率計算出齒盤的轉動頻率f_n，并換算出當模型水輪機的轉速n，則模型水輪機的轉頻f為：

f=fnN=n60]]>

其中轉速n的單位為rpm，即轉/分鐘

f、f_n的單位為Hz

旋轉機械的同步對象是指同轉速同步，即數字成像設備的圖像采集頻率同旋轉機械的轉動頻率相同，因此，在進行同步成像前必須獲得轉速信息；

4）根據計算出的模型水輪機的轉頻，利用計算機程序生成觸發信號，具體方法如下：

當調節模型水輪機至某一特定轉速下運行時，利用模型水輪機的流量、尾水壓力等參數的改變，可使模型水輪機轉輪葉片出水邊背面產生空化、尾水管錐管處產生渦帶等現象，通過清晰地觀測、采集并記錄上述現象產生過程，輔以當前工況的相關參數進行分析空化等現象產生的部位，可以指導水輪機模型轉輪葉片葉型的優化設計；由于空化等現象并非靜止不動，而是隨著轉輪的轉動不斷旋轉，為了清晰地采集到空化等現象發生過程的圖像信息，圖像采集的頻率必須與轉頻相同或相近，從而可以獲得所要觀測位置的相對靜止或緩慢變化的圖像，即本發明中所提及的“同步”；令Q1為轉頻信號，即為本發明提及的方法所要同步的信號，Q2為計算機輸出的占空比為50%的方波形式的同步觸發信號，同步觸發信號由高、低電平兩部分組成，T1，T2為時間量，因此，Q2信號的周期為T=2×（T1+T2），理論上，在Q1與Q2完全相同時，成像設備所采集到的圖像是完全靜止的，觀測時為了得到緩慢變化的圖像或模型水輪機轉輪不同葉片位置，可通過調節Q2信號的起始相位，即T1和T2的值來實現，初始時令T1=0，T2等于某個非零的值，此時Q2的頻率f₂=1/（2×T2），通過改變T2的值來改變Q2的頻率f₂，當Q2頻率調節至同Q1相同時，通過改變T1的值來改變Q2與Q1信號的相差，為了不改變已經調節好的Q2的頻率，在調節T1的同時T2的值也應發生相應的改變，即T1和T2變化的同時要保證T=2×（T1+T2）；

5）計算機通過觸發信號控制成像設備以及頻閃補光設備進行圖像采集，具體方法如下：

計算機產生上述頻率與相位的觸發信號，通過觸發信號控制成像設備進行圖像采集，成像設備包括具有GigE?Vision接口協議、USB接口或IEEE1394接口協議的具有數據輸出和同步觸發輸出功能的數字式相機或數字攝像機，頻閃補光設備包括連續曝光頻率可調的具有外部觸發功能的閃光燈或閃頻儀；成像設備接收到來自計算機的同步控制信號，并按照觸發信號的頻率進行圖像拍攝，同時將觸發信號發送給頻閃補光設備并控制頻閃補光設備同成像設備進行同步曝光；

6）成像設備通過數據輸出接口采用數字傳輸的方式將采集到的數據以圖片的形式按照拍攝時間先后順序實時傳送給計算機，計算機以成像設備拍攝到的每一幅圖片為一幀，按照時間先后順序合成為通用格式的視頻流媒體文件實時顯示在計算機圖像輸出設備上，在需要的情況下可將合成的視頻流媒體文件記錄在計算機的磁盤存儲器中；在轉速不變的情況下，通過改變模型水輪機的流量、尾水壓力等參數來模擬水輪機轉輪葉片出水邊、尾水管錐管處的流態，利用成像設備采集到的圖片信息以及計算機將圖片按幀合成的視頻流媒體文件可以獲得模型水輪機轉輪葉片出水邊背面空化、尾水管錐管渦帶現象形成的過程，出現的位置及形態，從而達到指導模型水輪機轉輪設計葉片葉型的設計，優化模型水輪機模型轉輪的目的。