[發明專利]一種記錄空氣速度場信息的裝置及方法

有效

• 申請號: 201510792448.6
• 申請日: 2015-11-17
• 公開（公告）號: CN106706956B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 李先庭;王歡;石文星;王寶龍;邵曉亮
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01P5/20
• 分類號: G01P5/20
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

本發明提供了一種記錄空氣速度場信息的裝置及方法，該裝置包括：光源系統、氣泡發生器、同步控制器和至少兩臺彩色相機；光源系統包括連續光源和用于按照預定脈沖閃爍間隔以及脈沖顏色變化順序進行照射的脈沖光序列光源；連續光源為測試區域提供照明；脈沖光序列光源為測試區域提供脈沖光照射；氣泡發生器在測試區域的空氣中施放浮力中性的示蹤氣泡；彩色相機同步采集記錄有示蹤氣泡運動軌跡的彩色圖像；同步控制器實現脈沖光序列光源和彩色相機的同步；其中，彩色相機的曝光時間大于脈沖光序列光源的預定脈沖閃爍間隔。本發明對測試環境以及相機配置的要求較低，在保證測量結果精確的同時減少了設計成本。

技術領域

本發明涉及光學技術領域，尤其涉及一種基于脈沖光序列的記錄空氣速度場信息的裝置及方法。

背景技術

空氣流動是污染物的擴散和熱量的傳播的非常重要途徑，不同空氣流動形式下的熱環境、污染物濃度分布會出現顯著不同。因此，對空氣流動規律的把握以及不同條件下空氣流動的測量成為相關領域研究的基礎，具有重要意義。

現有測量氣流速度的技術手段包括，粒子追蹤測速方法，在空氣中施放示蹤粒子，使用高速相機連續記錄瞬態時刻氣泡點的位置信息，然后推算出其軌跡及速度；粒子軌跡測速方法，在空氣中施放示蹤粒子，使用普通相機，調整快門時間至比較長，記錄下氣泡的軌跡，然后根據快門時間計算其速度；熱線或熱球風速儀，利用空氣流動對熱量擴散的增強作用，進行某點的風速測量；超聲波風速儀利用空氣流動導致的聲速差異來測量某點的多個方向空氣流動。

在實現本發明過程中，發明人發現現有技術中至少存在以下問題：

粒子追蹤測速方法，需要拍攝大量的瞬態時間點氣泡位置照片，照片之間的時間間隔小，使得兩張照片之間對應氣泡的位移盡可能小，以方便將不同時間點的氣泡位置聯系在一起，完成氣泡運動軌跡的重建，為提高精度通常會使用前幾個時間點的重建結果進行擬合，推測下一時刻物體的位置，測量結果不精確。

粒子軌跡測速方法，該方案需要保持快門打開較長時間，測量頻率低，粒子運動方向判斷困難，測量精度較差。

發明內容

鑒于上述問題，本發明提出了一種記錄空氣速度場信息的裝置及方法，該裝置及方法采用直徑較大、反光效果更好的氣泡作為示蹤粒子，對測試環境以及相機配置的要求較低，在保證測量結果精確的同時減少了設計成本。

本發明的一個方面，提供了一種記錄空氣速度場信息的裝置，該裝置包括：

光源系統、氣泡發生器、同步控制器和至少兩臺彩色相機，其中，所述至少兩臺彩色相機的視角重疊范圍覆蓋測試區域，所述至少兩臺彩色相機從不同角度對測試區域內的測量點進行拍攝；

所述光源系統包括連續光源和用于按照預定脈沖閃爍間隔以及脈沖顏色變化順序進行照射的脈沖光序列光源；

所述連續光源，用于為測試區域提供照明；

所述脈沖光序列光源，用于為測試區域提供脈沖光照射；

所述氣泡發生器，用于在測試區域的空氣中施放浮力中性的示蹤氣泡；

所述至少兩臺彩色相機，用于同步采集記錄有測試區域內所述示蹤氣泡運動軌跡的彩色圖像；

所述同步控制器，用于控制所述脈沖光序列光源和每一彩色相機，以實現脈沖光序列光源和所述至少兩臺彩色相機的同步；

其中，所述彩色相機的曝光時間大于所述脈沖光序列光源的預定脈沖閃爍間隔。

本發明的另一個方面，提供了一種基于上述實施例的記錄空氣速度場信息的裝置的記錄空氣速度場信息的方法，該方法包括：

獲取至少兩臺彩色相機采集的記錄有測試區域內示蹤氣泡運動軌跡的多組彩色圖像；