[發明專利]爆震火焰溫度測量方法

在審

• 申請號: 201410787158.8
• 申請日: 2014-12-17
• 公開（公告）號: CN104501999A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 黃希橋;李墨祺;鄭龍席
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01K13/00
• 分類號: G01K13/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種火焰溫度測量方法，特別是涉及一種爆震火焰溫度測量方法。

背景技術

文獻“Temperature?Estimation?of?Visible?Heat?Sources?by?Digital?Photography?and?Image?Processing,IEEE,Vol.59,p1167-1173”公開了一種基于數字圖像測量本生燈火焰溫度的方法。該方法先利用CCD相機對本生燈圖像進行拍照，在拍照的同時，用熱電偶去測量不同點的溫度。然后將圖像分為紅、綠、藍三基色再用比色測溫方法進行數字處理。將用數字圖像處理得出的溫度與熱電偶測出的溫度進行對比與誤差分析。該方法較精確的測出了火焰的溫度，與熱電偶測出的溫度值相差較小，較好的放映了火焰的真實溫度。文獻所述方法通過普通CCD相機對火焰進行拍攝，火焰脈動對實驗影響很大，不能測量傳播速度高的火焰。熱電偶測溫有上限且只能反映火焰的單點溫度值而不能反映火焰的整個溫度場，很難與數字圖像測出的溫度進行對照。此外，熱電偶的靈敏度有限，測量傳播速度高的火焰時會出現滯后效應，影響精度。因此，文獻所述方法很難對傳播速度和溫度極高的爆震火焰進行測量。

發明內容

為了克服現有火焰溫度測量方法精度差的不足，本發明提供一種爆震火焰溫度測量方法。該方法首先利用紅外光譜儀獲取脈沖爆震發動機被測位置處的尾焰溫度，完整的獲得火焰的溫度場。同時利用高速攝影機對相同位置處的尾焰進行拍攝獲得瞬態火焰圖像，使火焰脈動對圖像的影響大幅度減小。對火焰圖像進行分析處理，然后利用紅外光譜儀所測得火焰溫度對不同拍攝頻率、曝光時間設置下的高速攝影結果進行修正，完成修正系數的標定。最后用標定好系數的高速攝影機對爆震火焰進行拍攝，再對已經獲得的爆震火焰圖像進行處理以得到脈沖爆震發動機內的燃燒溫度場。由于使用高速攝影機獲取火焰的瞬態圖像，使得火焰脈動對圖像的影響降低。在處理圖像時，進行了濾波去噪處理，使噪聲對測溫的影響降低，可以提高爆震火焰溫度測量精度。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種爆震火焰溫度測量方法，其特點是采用以下步驟：

步驟1：在脈沖爆震發動機的爆震管5出口火焰處放置一臺紅外光譜儀2和一臺準備標定的高速攝影機1。固定整個系統不動，控制火花塞3點火起爆，用紅外光譜儀2獲得不同時刻爆震燃燒尾焰溫度，同時高速攝影機捕獲同一位置處此時此刻的尾焰圖像。

步驟2：設置高速攝影機拍攝參數，獲取系統修正系數K并對系統修正系數進行標定。

步驟2.1：設定高速攝影機的拍攝頻率為f，曝光時間為t。采用比色公式獲取系統修正系數K，其中，C₂為普朗克第二輻射常數，λ_r為紅光波長，λ_g為綠光波長，R，G分別為紅光分量與綠光分量的輻射強度。

步驟2.2：將脈沖爆震發動機點火，高速攝影機和紅外光譜儀同時工作。在相同的時間下，取出高速攝影拍攝的圖像和紅外光譜儀的溫度測量值，在照片上選取n個點并將這n個點的R、G灰度值和這n個點在紅外光譜儀中對應的溫度代入步驟2.1的公式中，得到與之相應的K值。測量中會存在誤差，K值并不唯一。如果取所有K值的平均數會使誤差較大，所以用最小二乘法得出K與R/G的線性關系，即R/G是K的一個一次函數。將其代入步驟2.1的公式中，采用公式對系統修正系數進行標定。

步驟3：在脈沖爆震發動機的燃燒室主燃區開設一段透明的石英觀察窗4，將標定好的高速攝影機放置于石英窗前，脈沖爆震發動機點火起爆后，用高速攝影機拍攝爆震燃燒火焰。

步驟4：在拍攝好的圖像中選取不同時刻的火焰圖像。在MATLAB中使用imread命令打開圖像。用MATLAB中自帶的imfilter濾波器，選擇average進行均值濾波。再用dftfilt命令進行頻域區的低通濾波器去除高頻分量。

步驟5：爆震火焰溫度場的建立。在MATLAB中打開濾波后的爆震火焰圖像。使用分離命令將濾波后的爆震火焰圖像分為R、G、B三個分量的矩陣。用R矩陣點除G矩陣得出R/G的矩陣。代入步驟2.1中的公式獲得每個像素上的溫度值。最后，將所有像素點對應的溫度值組合成溫度場的圖形。