[發明專利]基于CCD相機長曝光光源頻閃的壓敏涂料壓力校準方法

有效

• 申請號: 202011182608.2
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112304492B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 葛寧;高麗敏;姜衡;常龍睿;藺世彥
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01L25/00
• 分類號: G01L25/00;G01L1/24;G01N21/64;G01J3/44;G01J3/28
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 席小東

1.一種基于CCD相機長曝光光源頻閃的壓敏涂料壓力校準方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，將PSP樣片(2)固定于聲學駐波管(1)的底蓋位置，在聲學駐波管(1)旋緊后，底蓋所在平面與聲源(11)所在平面平行；信號發生器(8)的第1通道通過功率放大器(9)與聲源(11)連接，聲源(11)的發聲端與聲學駐波管(1)連接；

CCD相機(5)和激光光源(3)經聲學駐波管(1)的光學視窗(7)對準PSP樣片(2)，在CCD相機(5)的鏡頭前固定安裝濾光片(6)；信號發生器(8)的第2通道與CCD相機(5)連接；信號發生器(8)的第3通道與激光光源(3)連接；

在PSP樣片(2)所在截面固定動態壓力傳感器(4)；

所述CCD相機(5)的輸出端和所述動態壓力傳感器(4)的輸出端均連接到計算機(10)；

相機、光源經光學視窗對準PSP樣片，在PSP樣片所在截面固定動態壓力傳感器用于實時動態壓力測量并提供觸發信號；

步驟2，從t＝0開始，同時啟動信號發生器(8)和動態壓力傳感器(4)；其中，所述動態壓力傳感器(4)實時測量PSP樣片(2)表面所受到的真實壓力值，并將PSP樣片(2)表面所受到的真實壓力值傳給所述計算機(10)，由此使所述計算機(10)得到PSP樣片(2)表面所受到的真實壓力值與時間之間的變化曲線；

所述信號發生器(8)連續輸出周期為T、頻率為f的正弦信號，該正弦信號傳遞到功率放大器(9)，由功率放大器(9)驅動聲源(11)發出周期為T、頻率為f的正弦聲波；

該正弦聲波經聲學駐波管(1)作用，從而使PSP樣片(2)表面受到穩定的周期為T、頻率為f的正弦壓力駐波；

步驟3，信號發生器(8)連接激光光源(3)的外觸發接口，對激光光源(3)的工作狀態進行控制；同時，信號發生器(8)連接CCD相機(5)的外觸發接口，對CCD相機(5)的工作狀態進行控制；具體控制方式為：

步驟3.1，對于周期為T、頻率為f的正弦壓力駐波，將一個正弦壓力駐波平均劃分為m個相位，依次表示為相位相位相位相鄰相位之間的時間間隔均為預設置同一相位下的激光光源頻閃次數為n次；預設置CCD相機延時曝光時間為Δt_相；其中，Δt_相＜T；

步驟3.2，令i＝1；

步驟3.3，在t＝t_k時刻，正弦壓力駐波為第1個周期中相位的狀態；信號發生器(8)同時控制激光光源(3)打開以及CCD相機(5)打開；此時，CCD相機(5)打開后，進入長曝光模式，持續曝光；激光光源(3)打開后，進行第1次頻閃，頻閃時間為t_l，當達到頻閃時間后，即當t＝t_k+t_l時，使激光光源(3)進入待機模式；

步驟3.4，當t＝t_k+T時，正弦壓力駐波為第2個周期中相位的狀態；信號發生器(8)控制激光光源(3)進行第2次頻閃，頻閃時間為t_l，當達到頻閃時間后，即當t＝t_k+t_l+T時，使激光光源(3)進入待機模式，期間相機處于曝光狀態；

依此類推

當t＝t_k+(n-1)T時，正弦壓力駐波為第n個周期中相位的狀態；信號發生器(8)控制激光光源(3)進行第n次頻閃，頻閃時間為t_l，當達到頻閃時間后，即當t＝t_k+t_l+(n-1)T時，使激光光源(3)進入待機模式；

步驟3.5，當t＝t_k+t_l+(n-1)T+Δt_相時，控制CCD相機(5)停止曝光；由于在t＝t_k到t＝t_k+t_l+(n-1)T+Δt_相之間，激光光源(3)一共按周期T進行n次頻閃，每次頻閃時，頻閃時刻對應的正弦壓力駐波均為相位的狀態，因此，與相位的正弦壓力駐波對應的PSP樣片圖像均成像到CCD相機(5)，又由于CCD相機(5)持續曝光，因此，n次頻閃所對應的n個與相位對應的PSP樣片圖像疊加到一起，最終成像到CCD相機(5)，所以，CCD相機(5)輸出與相位對應的n個PSP樣片圖像疊加后的熒光圖像Q_i；

步驟3.6，令i＝i+1；判斷i是否大于m，如果大于，則執行步驟4；否則，令即：將的值賦值給t_k，然后返回步驟3.3；

步驟4，至此，CCD相機(5)一共輸出m個熒光圖像，分別為：與相位對應的熒光圖像Q₁，與相位對應的熒光圖像Q₂,…,與相位對應的熒光圖像Q_m；

對于每一個熒光圖像Q_j，j＝1,2,...,m，均采用以下方式處理：

步驟4.1，對熒光圖像Q_j進行圖像處理，得到與相位對應的光強I_j；

步驟4.2，獲取熒光圖像Q_j獲取過程中，激光光源(3)進行頻閃的時間，再根據頻閃時間查找PSP樣片(2)表面所受到的真實壓力值與時間之間的變化曲線，得到熒光圖像Q_j對應的真實壓力值P_j；

步驟4.3，在不向PSP樣片(2)施加正弦壓力駐波時，即：使PSP樣片(2)處于大氣壓力下，并對PSP樣片(2)進行圖像拍攝，從而得到參考壓力P_ref和參考壓力下的光強I_ref；

步驟5，將光強I_j、真實壓力值P_j、參考壓力P_ref和參考壓力下的光強I_ref代入以下校準方程：

由于j＝1,2,...,m，因此，當j＝1時，得到關于A和B的一個方程；當j＝2時，得到關于A和B的一個方程；依此類推，當j＝m時，得到關于A和B的一個方程；因此，共得到m個關于A和B的方程；對m個關于A和B的方程，采用最小二乘法求解，得到最終的A和B的值；

A和B均為常數，通過對A和B值的校準，實現對光學壓敏涂料動態壓力特性校準。

2.根據權利要求1所述的基于CCD相機長曝光光源頻閃的壓敏涂料壓力校準方法，其特征在于，對于步驟3.1設置的m的具體數值，采用以下方式調節設置：

首先設置m初始值；采用m初始值，經過步驟3的計算，輸出m個熒光圖像，每個熒光圖像對應一個光強值，由此在橫坐標為相位，縱坐標為光強的坐標系中，繪制出m個離散點；判斷任意兩個相鄰離散點的距離是否小于設定閾值；如果小于，則結束，此時的m值即為最終m值；如果不小于，則進一步增大m值，如此循環，直到任意兩個相鄰離散點的距離均小于設定閾值時，結束，輸出最終的m值。