[發(fā)明專利]一種氫氣三維濃度測(cè)試裝置及其測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110596545.3
• 申請(qǐng)日: 2021-05-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113295650B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李建威;鄒巍濤;何洪文;王成;齊巍;李躍娟;李賀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/49
• 分類號(hào): G01N21/49;G01N21/47;G01M3/04
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

1.一種氫氣三維濃度測(cè)試方法，采用氫氣三維濃度測(cè)試裝置，包括三組反射式紋影系統(tǒng)模塊、高速攝像機(jī)、同步發(fā)生器和PC端數(shù)據(jù)處理模塊；三組反射式紋影系統(tǒng)模塊按照夾角為120°排列分布；三組反射式紋影系統(tǒng)模塊的中心高度保持一致，三組反射式紋影系統(tǒng)模塊的中心處為待測(cè)流場(chǎng)；每組反射式紋影系統(tǒng)模塊的準(zhǔn)直鏡一端安裝有光源和狹縫；每組反射式紋影系統(tǒng)模塊的紋影鏡一端安裝高速攝像機(jī)，高速攝像機(jī)與同步發(fā)生器連接；

其特征在于，包括以下步驟：

S1、利用同步發(fā)生器與高速攝像機(jī)拍攝沒(méi)有待測(cè)流場(chǎng)時(shí)的紋影圖像，得到一組不同角度的紋影圖像，此圖像作為背景圖像；

S2、利用氦氣進(jìn)行濃度標(biāo)定：將純氦氣瓶、減壓閥、流量計(jì)、三通管、空氣壓縮機(jī)依次連接，調(diào)節(jié)流量計(jì)開(kāi)度，并利用氦氣傳感器測(cè)得一組三通管出口處的氦氣濃度，并記錄濃度值；

調(diào)節(jié)流量計(jì)開(kāi)度調(diào)節(jié)到所測(cè)濃度值的開(kāi)度，并固定；利用同步發(fā)生器與高速攝像機(jī)拍攝此時(shí)紋影圖像，得到一組不同角度的紋影圖像，為不同濃度下的氦氣的紋影圖像；

S3、將獲得的紋影圖像的灰度值利用濾波反投影重建算法，得到三維重構(gòu)圖，將三維重構(gòu)圖灰度值減去背景圖像灰度值后的圖像差值作為待標(biāo)定圖像，取待標(biāo)定圖像中三通管出口處N個(gè)點(diǎn)的灰度值，計(jì)算其平均灰度值，并與傳感器濃度數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)；

S4、重復(fù)步驟S2、步驟S3，獲得一系列灰度值與氦氣濃度的數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行高斯過(guò)程擬合，得到三維重構(gòu)圖下的灰度值與濃度的標(biāo)定曲線

f(x)＝Gaussian(x)；

其中：x為圖像灰度值，f(x)為擬合后的濃度值，Gaussian(x)是對(duì)x的高斯過(guò)程擬合方法；

利用氫氣對(duì)標(biāo)定曲線進(jìn)行修正：將濃度為4％的氫氣射流濃度場(chǎng)放入待測(cè)流場(chǎng)區(qū)域，利用同步發(fā)生器與高速攝像機(jī)拍攝此時(shí)紋影圖像，利用S3中的數(shù)據(jù)處理的方法，獲得灰度值與濃度值的關(guān)系，對(duì)f(x)進(jìn)行修正，即F(x)＝αf(x)；

其中x₀為4％氫氣濃度下的待標(biāo)定圖像的灰度值，f(x₀)為氫氣濃度擬合值；

S5、將待測(cè)氫氣流場(chǎng)放入氫氣三維濃度測(cè)試裝置中，同時(shí)記錄一組不同角度的氫氣濃度分布的紋影圖像，利用濾波反投影重建算法，將所得的三組紋影二維圖像轉(zhuǎn)化為氫氣濃度三維重構(gòu)圖，圖中的每個(gè)灰度值代表了該區(qū)域的濃度值；

S6、利用步驟S4中的標(biāo)定曲線F(x)，對(duì)氫氣濃度三維重構(gòu)圖灰度值進(jìn)行映射，得到氫氣濃度三維濃度分布圖。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氫氣三維濃度測(cè)試方法，其特征在于，步驟S5中濾波反投影重建算法，包括以下步驟：

設(shè)f(x,y)表示需要重建的圖像的灰度值，用r(t,θ)表示在θ角度獲取的f(x,y)的一個(gè)平行投影的灰度值，t表示投影射線到對(duì)稱中心即旋轉(zhuǎn)中心的距離，設(shè)s為在角度θ下與投影射線平行的坐標(biāo)軸，它與t所在的坐標(biāo)軸垂直，則：

對(duì)r(t,θ)進(jìn)行一維傅里葉變換:

對(duì)f(x，y)進(jìn)行二維傅里葉變換：

令；

則：