[發明專利]一種放電產生的激波的傳播速度計算方法和系統

有效

• 申請號: 202011117424.8
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112241962B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 董曼玲;郭磊;廖玉琴;王棟;姚德貴;王超凡;趙賢根;呂中賓;何俊佳;張洋
• 申請（專利權）人: 國網河南省電力公司電力科學研究院;華中科技大學;國家電網有限公司
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13;G06T7/181;G06T7/33
• 代理公司: 北京智繪未來專利代理事務所(普通合伙) 11689
• 代理人: 王萍;肖繼軍

本申請公開了一種放電產生的激波的傳播速度計算方法和系統，包括：獲取放電過程中產生的兩個連續的帶有激波的紋影圖片A和B；分別提取紋影圖片A和B中的激波波面輪廓線，將該相鄰時刻的激波波面輪廓線配準在一幅圖片；擴充激波波面輪廓線數據點，構成紋影圖片A和B對于同一過程流場的時間序列波面點坐標集，記為A_data和B_data；對A_data和B_data分段后確定紋影圖片A和B中的激波波面輪廓線上各點的激波傳播方向和激波半徑、激波傳播速度值，得到最終激波傳播速度。降低了用于試驗觀測的高速相機的空間分辨率的要求，減少了人工取點的工作量，能夠準確地反映放電過程中產生的激波的傳播速度。

技術領域

本發明屬于圖像處理領域，涉及一種放電產生的激波的傳播速度計算方法和系統。

背景技術

激波速度是激波的重要特性之一，一般都是通過測量傳感器的測量值及其測量信號之間時間間隔的比值計算得出。常用的激波速度測量的方法有：

(1)通過壓力傳感器測量激波壓力信號：

常見的壓力傳感器有壓電傳感器和壓阻傳感器。在試驗過程中，每一個傳感器都需要占用一個放大器通道和數據采集通道。當所需的測量點較多，采用壓力傳感器測量將導致測量成本很高。同時，在測量范圍較小，特別是在有些位置，只關心激波傳播速度而忽略激波壓力信息，此時，需要一種成本較低、結構簡單的激波速度測試系統。

(2)通過電離探針測出空氣電離信號：

電離探針作為一種激波測速方法，在空氣解離的條件下，可以很好測出激波速度。但是在激波速度較低、波后溫度達不到空氣電離程度的情況下，試驗氣流無法滿足電離探針的工作條件。

(3)通過光學方法測量激波波面發光和激波前后密度的階躍：

紋影法在流場顯示中占有重要的地位，因為它對流場無擾動，不但可用于定性觀察流場中激波的結構，而且可用于定量計算整個流場的參數分布。隨著計算機技術的迅速發展，計算機數字圖像處理技術在流場顯示中得到廣泛的應用。通過對紋影法獲取的含激波流場紋影圖的進行圖像處理，從含有不同灰度值的紋影圖片中提取激波的結構，而對于同一過程流場的時間序列干涉圖，將不同時刻的激波波陣面曲線精確地配準在一幅畫面上，以便定量計算沖擊波波陣面的傳播速度和壓力分布。激波傳播速度計算公式如下：

其中ΔL為激波傳播的距離，Δt為激波傳播的時間。

上述的壓力傳感器測量激波傳播速度成本較高、結構較復雜；電離探針的工作條件存在一定的限制；紋影法計算激波傳播速度過程中，利用激波的傳播方向垂直于波面，可確定波面上不同位置激波傳播的方向。在傳播的過程中，對應波面的像素點是增加的。因此難以利用波面法向量方向一致來實現波面上點的一一對應。除了利用法向量確定對應關系，還可以通過對應點之間的距離是最短的來確定。然而，激波波面是有一定厚度的，無法做到用單個像素點連接形成波面輪廓，這將導致在尋找對應點時出現多對多的情況。同時，受限于紋影圖片較低的分辨率，在波面上有效數據點有限，在計算激波傳播的方向和速度會得到不正確的結果，造成較大的計算誤差。

發明內容

為解決現有技術中的不足，本申請提供一種放電產生的激波的傳播速度計算方法，顯著降低了用于試驗觀測的高速相機的空間分辨率的要求，觀測系統結構簡單，觀測不受工作條件限制。在此基礎上，減少了人工取點的工作量，計算誤差在可接受的范圍內，能夠更加準確地反映放電過程中產生的激波的傳播速度。

為了實現上述目標，本發明采用如下技術方案：

一種放電產生的激波的傳播速度計算方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1：獲取放電過程中產生的兩個連續的帶有激波的紋影圖片A和B；