[發明專利]一種利用熒光微絲的溫度和流態同步測量方法

有效

• 申請號: 202210076314.4
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114088336B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 周江寧;楊文斌;周全;殷一民;陳爽
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心設備設計與測試技術研究所
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 成都云縱知識產權代理事務所(普通合伙) 51316
• 代理人: 熊曦;陳婉鵑

本發明公開了一種利用熒光微絲的溫度和流態同步測量方法，涉及風洞試驗技術領域，本方法利用熒光微絲的熒光信號強度隨溫度變化的特性，解決了熒光微絲流場溫度和流態同步測量中，溫度測量難以定量化和溫度測量精度較低的問題，最終在傳統熒光微絲流態測量的基礎之上實現了流場和溫度的同步測量。

技術領域

本發明涉及風洞試驗技術領域，具體地，涉及一種利用熒光微絲的溫度和流態同步測量方法。

背景技術

熒光微絲流動顯示技術是各類風洞和外場試驗研究表面流態分離雷諾數效應的重要手段。該技術將含有熒光物質的合成纖維制備成直徑極小的熒光微絲，將其一端固定在模型表面，拍攝微絲在流場中的流譜，可直觀反映流經模型的氣流狀態和范圍。由于其具有技術成本低、操作簡單、抗干擾能力強和對流場影響小等特點，目前廣泛應用于各類大型低速風洞和飛行試驗的表面流態顯示中。除了表面流態顯示，溫度測量在高雷諾數低速風洞中也具有重要的意義，能夠為試驗模型的氣動設計和性能預測提供數據支撐。然而，傳統的接觸式流場測溫方法（如熱電偶）雖然能被廣泛應用于風洞流場溫度測量，卻會對流場產生明顯的干擾，從而顯著影響流場參數的測量精度。由于熒光的無輻射躍遷系數與溫度相關，熒光材料的熒光信號強度會隨溫度變化產生顯著改變，結合熒光微絲技術有望實現非接觸、高精度的流場溫度和流態同步測量。

然而，當前傳統的熒光微絲技術難以實現溫度高精度、定量化測量的需求，主要存在以下技術難點：1. 當前測試技術缺乏對熒光微絲的溫度靈敏度判定方法，無法篩選出合適的高溫度靈敏度熒光微絲；2. 缺乏熒光光譜參數隨溫度變化的標準曲線，無法實現溫度的定量化測量；3. 微絲的熒光信號強度還受到激光強度波動帶來的影響，無法實現高精度的溫度測量。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用熒光微絲的溫度和流態同步測量方法，該方法利用熒光微絲的熒光信號強度隨溫度變化的特性，解決了熒光微絲流場溫度和流態同步測量中，溫度測量難以定量化和溫度測量精度較低的問題，最終在傳統熒光微絲流態測量的基礎之上實現了流場和溫度的同步測量。

為實現上述目的，本發明具體技術方案按以下步驟進行：

步驟一：將熒光微絲的溫度調整到n個數值大小不同的設定溫度，每調整到相應的設定溫度后均用激光照射熒光微絲產生熒光信號，使用光譜儀獲得n個熒光光譜信號；

步驟二：基于n個溫度對應的n個熒光光譜信號構建不同波長下熒光相對強度隨溫度變化的變化曲線，對所述變化曲線進行線性或指數擬合獲得波長與溫度靈敏度的對應關系；在熒光強度大于測量閾值條件的波長范圍內，選取溫度靈敏度最大值對應的波長值為第一波長數值，選取溫度靈敏度最小值對應的波長值為第二波長數值；

步驟三：基于所述第一波長數值選取對應波長的第一帶通濾波片，基于所述第二波長數值選取對應波長的第二帶通濾波片；

步驟四：將第一帶通濾波片和第二帶通濾波片分別安裝至雙分幅相機系統的兩個相機前端；

步驟五：對雙分幅相機系統進行標定，將熒光微絲的溫度調整到n個大小不同的設定溫度，每調整到相應的設定溫度后均使用雙分幅相機系統拍攝獲得第一圖像和第二圖像，對第一圖像和第二圖像中相同坐標位置像素點的圖像灰度進行相除，獲得熒光比值圖像，基于每個設定溫度對應的熒光比值圖像獲得熒光強度比值隨溫度變化的第一標準曲線；

步驟六：將若干熒光微絲安裝在待測模型上，利用激光照射熒光微絲產生熒光測量信號，使用雙分幅相機系統拍攝熒光微絲獲得熒光微絲測量圖像，基于所述熒光微絲在氣流下的形態實現流態的顯示，基于所述熒光微絲測量圖像獲得熒光比值測量圖像，基于所述熒光比值測量圖像和所述第一標準曲線，獲得待測模型的溫度測量值。