[發明專利]一種用于流場速度測量的特征信號圖像法及測量系統

有效

• 申請號: 201711158522.4
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN108008144B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 黃河激;曹進文;潘文霞;孟顯;于雙
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01P5/20
• 分類號: G01P5/20
• 代理公司: 11390 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 胡劍輝

1.一種用于流場速度測量的特征信號圖像法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟100，利用高速攝像機連續拍攝射流流場的光強波動圖像，然后發送至計算機利用圖像分析軟件進行處理；

步驟200，在不同時間點分別選取每幀圖像上射流流場軸向序列的測量點，再獲取每幀圖像上射流流場各空間序列點的光強，然后根據時間點的先后順序建立各空間序列點上光強的時間序列；

步驟300，采用快速傅立葉變換處理各空間序列點光強的時間序列，用提取的頻率與相鄰空間序列點上光強波動的相位差相比，得到兩者的時間差，再代入兩點間平均速度公式，即可得到各幀圖像上各空間序列點上射流速度分布的結果：

步驟400，利用前述步驟再計算各幀圖像不同徑向位置的軸向空間序列點上射流速度分布的結果，即可得到全射流流場每個空間位置的流動速度。

2.如權利要求1所述的特征信號圖像法，其特征在于：

構成所述射流流場的流體自帶特征信號或外加特征信號。

3.如權利要求2所述的特征信號圖像法，其特征在于：

所述流體為發光流體。

4.如權利要求3所述的特征信號圖像法，其特征在于：

所述的發光流體為3-氨基鄰苯二甲酰肼。

5.如權利要求3所述的特征信號圖像法，其特征在于：

所述流體為常壓環境下的亞聲速和超聲速流體，或為稀薄氣體環境下或高氣壓環境下的亞聲速和超聲速流體，或帶電流體。

6.如權利要求1所述的特征信號圖像法，其特征在于：

所述步驟300中，設提取頻率為f_H，相鄰空間序列點在所述射流流場中的間距為ΔZ，獲得相鄰ΔZ空間序列點上光強波動的相位差為則時間差的計算公式為:

代入

即可得到各幀圖像上各空間序列點上射流速度分布的結果。

7.如權利要求1所述的特征信號圖像法，其特征在于：

得到的流動速度中的時間精度為：

空間精度為：

對射流流場時空穩定性的要求為：

對特征信號的分辯要求為：

其中，f_s為射流流場波動頻率，f_a為高速攝像機幀率，υ為射流流場速度，N為采樣數。

8.一種權利要求1所述特征信號圖像法的測量系統，其特征在于，包括：計算機、高速攝像機、真空室、示波器、函數信號發生器和等離子體電源；其中高速攝像機用于拍攝真空室內的射流光強波動，其分別與計算機和函數信號發生器連接，示波器分別與函數信號發生器和真空室連接，等離子體電源為真空室供電。

9.根據權利要求8所述的測量系統，其特征在于，

所述函數信號發生器同時輸出兩路TTL電平信號觸發所述高速攝像機與所述示波器以同步采集數據。