[發明專利]基于圖像處理的可見光-紅外光耦合流場測量系統

在審

• 申請號: 202110755190.8
• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113484533A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 姚軼智;孫明波;李佩波;楊揖心;顧瑞;王泰宇;匡孝波
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01P5/26
• 分類號: G01P5/26;G01J5/00;G01L11/02;G01N9/24
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 趙小龍

1.一種基于圖像處理的可見光-紅外光耦合流場測量系統，其特征在于，包括測試段、激光組件、成像組件與圖像處理模塊，所述測試段內具有帶示蹤粒子的流場；

所述測試段的頂部設有透光窗口，所述激光組件用于產生激光片光，所述激光片光經由所述透光窗口照亮所述測試段內的流場成像面；

所述成型組件包括第一相機與第二相機，所述第一相機與所述第二相機均聚焦于所述流場成像面：

所述測試段的一側設有僅能通過可見光的第一濾光片，所述第一濾光片位于所述流場成像面與所述第一相機的鏡頭之間，以使得所述第一相機獲取流場可見光圖像；

所述測試段的另一側設有僅能通過紅外光的第二濾光片，所述第二濾光片位于所述流場成像面與所述第二相機的鏡頭之間，以使得所述第二相機獲取流場紅外光圖像；

所述圖像處理模塊與所述第一相機、所述第二相機通信相連，以基于所述流場可見光圖像、所述流場紅外光圖像完成流場信息的全測量采集，其中，所述流場可見光圖像與所述流場紅外光圖像的獲取時間同步。

2.根據權利要求1所述基于圖像處理的可見光-紅外光耦合流場測量系統，其特征在于，所述圖像處理模塊完成流場信息的全測量采集過程為：

基于所述流場可見光圖像、所述流場紅外光圖像得到流場的速度場與溫度場；

基于流場的速度場與溫度場得到馬赫數場：

Ma＝v/c

式中，Ma為流場的馬赫數場，v為流場的速度場，c為當地音速，γ為絕熱指數，R為氣體常數，T為流場的溫度場；

基于流場的馬赫數場得到靜壓分布場：

式中，P為流場的靜壓分布場，P₀為流場中流體的總壓；

基于流場的靜壓分布場與溫度場得到密度場：

式中，ρ為流場的密度場，M為單位分子質量。

3.根據權利要求1或2所述基于圖像處理的可見光-紅外光耦合流場測量系統，其特征在于，所述第一濾光片為石英光學玻璃。

4.根據權利要求1或2所述基于圖像處理的可見光-紅外光耦合流場測量系統，其特征在于，所述第二濾光片為鍍膜鍺玻璃。

5.根據權利要求1或2所述基于圖像處理的可見光-紅外光耦合流場測量系統，其特征在于，還包括：

流體發生組件，用于產生流體；

粒子生成組件，與所述流體發生組件相連，用于對流體進行加速降壓，使流體降溫凝華生成微米量級或者納米量級的冰晶示蹤粒子；

所述粒子生成組件與所述測試段相連，以將帶有冰晶示蹤粒子的流體輸入所述測試段。

6.根據權利要求5所述基于圖像處理的可見光-紅外光耦合流場測量系統，其特征在于，所述粒子生成組件包括超聲速噴管、引射急冷段與粒子生成混合段；

所述流體發生組件包括具有高壓氣體的第一壓力儲罐，所述第一壓力儲罐的輸出端與所述超聲速噴管的收縮端相通，以將高壓流體輸入所述超聲速噴管，使其經過加速降壓后轉換成超聲速低溫射流并經由所述超聲速噴管的擴張端輸出；

所述引射急冷段的輸入端與所述超聲速噴管的擴張端相通，且所述引射急冷段的輸入端設有空氣引射口，以將空氣引射至引射急冷段；

所述粒子生成混合段的輸入端與所述引射急冷段的輸出端相通，用于混合空氣與所述超聲速低溫射流，使得空氣中的水蒸氣急冷生成所述冰晶示蹤粒子，所述粒子生成混合段的輸出端與所述測試段的輸入端相通。

7.根據權利要求5所述基于圖像處理的可見光-紅外光耦合流場測量系統，其特征在于，所述粒子生成組件包括超聲速噴管；

所述流體發生組件包括第二壓力儲罐與第三壓力儲罐，所述第二壓力儲罐內具有高壓的易凝華氣體，所述第三壓力儲罐內具有高壓的分散氣體；

所述第二壓力儲罐的輸出端、第三壓力儲罐的輸出端均與所述超聲速噴管的輸入端相通，以使得所述易凝華氣體、所述分散氣體在所述超聲速噴管內經過加速降壓產生急冷，使得所述易凝華氣體自發冷凝產生所述冰晶示蹤粒子；

所述超聲速噴管的輸出端與所述測試段的輸入端相通。

8.根據權利要求7所述基于圖像處理的可見光-紅外光耦合流場測量系統，其特征在于，所述易凝華氣體包括但不限于CO₂、氟利昂。