[發明專利]使用激光束與薄光致變色膜的相互作用來探測湍流狀態的方法以及用于實施所述方法的設備

在審

• 申請號: 201380067659.2
• 申請日: 2013-10-23
• 公開（公告）號: CN104871008A
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發明（設計）人: R·巴里爾
• 申請（專利權）人: 國家科學研究中心;昂熱大學;弗羅茨瓦夫理工大學
• 主分類號: G01P5/00
• 分類號: G01P5/00;G01P5/26;G03H1/00
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

1.一種用于評估介質的湍流參數的方法，其特征在于包括下述步驟：

-通過在所述介質中傳播的激光束照射光致變色有機材料膜，所述光致變色有機材料能夠包括偶氮苯分子、或者螺吡喃分子、或者二苯基乙烯分子、或者香豆素分子或者俘精酸酐分子，所述照射在所述膜中形成包括條痕的表面格柵，所述條痕的變形是湍流參數的函數；

-獲得圖像的步驟，所述圖像包括與所述條痕相關聯的結構的單獨區域，所述單獨區域或多或少地減少并且代表所述介質的湍流參數；

-處理所述圖像的步驟，其使得能夠評估所述介質的湍流參數。

2.根據權利要求1所述的用于評估湍流參數的方法，其特征在于包括獲取通過形成的表面格柵產生的激光束的衍射圖像，所述圖像展示出衍射光斑，所述衍射光斑的特征取決于湍流參數。

3.根據權利要求2所述的用于評估湍流參數的方法，其特征在于處理所述圖像的步驟包括：

-對所述圖像進行拉東變換的操作，從而生成通過在旋轉坐標系中的圖像運算而導出的圖像，所述圖像運算根據屬于所述圖像的衍射區域生成屬于導出的圖像的一組峰；

-將該組峰與湍流狀態的一組參考峰進行比較，從而估計所述介質的湍流水平。

4.根據權利要求1所述的用于評估湍流參數的方法，其特征在于包括：

-通過原子力顯微鏡AFM進行圖像的獲取的步驟；

-處理所述圖像的步驟，其使得能夠識別、量化和分析在表面上形成的取決于所述湍流參數的單獨區域，并且使得能夠獲得導出的圖像；

-通過分形或者多重分形分析在所有的所述單獨區域上對所述導出的圖像進行分析的步驟，其使得能夠限定尺度不變特性并且確定所述介質的湍流信息。

5.根據權利要求4所述的用于評估湍流參數的方法，其特征在于處理所述圖像的步驟包括下述操作：

-使用高斯濾波對每個采集點與相鄰點進行平均，并且生成濾波圖像；

-通過處理所述濾波圖像來構造一組導出的圖像，其能夠通過將所述濾波圖像轉換為二進制濾波圖像來執行，然后對沒有條痕的區域進行標記，從而增加在所述單獨區域之間的對比度。

6.根據權利要求5所述的用于評估湍流參數的方法，其特征在于分形或者多重分形分析的步驟包括下述步驟：

-根據兩個維度x和y將所述圖像劃分成段N/s，定義分隔物為格子，N為圖像的維數，并且計算定義了信號的兩個累積和X(i)和Y(i)，使得：

X(i)=Σk=11xk-<x>]]>并且Y(t)=Σk=1iyk-<y>]]>

其中<x>和<y>對應于在x和y上的信號的平均值；

-在通過根據兩個維度的兩個多項式函數(p_v(i),q_v(i))限定的表面的每個格子中的估算，使得能夠對所述信號進行近似，并且使得能夠在每個格子中限定趨勢和關于所述趨勢的變化，從而限定參數X_s(i)＝X(i)–p_v(i)和Y_s(i)＝Y(i)–q_v(i)；

-計算消除了所述趨勢的由下式定義的波動函數：

Fq(s)=1NΣi=1Ns(|Xs(i)||Ys(i)|)qq]]>

其中q為非零整數，并且其中：

Σi=1Ns(|Xs(i)||Ys(i)|)q≈sτ(q)]]>

并且使得能夠限定在函數F_q(s)和格子的尺寸(s)之間的冪次定律，并且能夠限定多重分形尺度指數τ(q)；

-確定奇異函數α(q)＝dτ(q)/dq以及多重分形譜：f(α)＝q(α).α–s[q(α)]，其展示出最大值f(α)_最大；

-將值f(α)_最大與校準表進行比較，所述校準表涉及值f(α)_最大St與折射率Cn，并且使得能夠將折射率Cn與參考湍流參數相關聯。