像素级剪敏液晶标定与测量方法和系统与流程

本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种像素级剪敏液晶标定与测量方法和系统。

背景技术：

传统技术中，在旋转机械的湍流边界层的研究中，壁面剪切应力一直是非常重要的参数。常规的方法如：粒子图像测速法(piv)观测示踪粒子跟随流场的运动轨迹，得到壁面附近的速度分布，进而得到速度梯度算出剪切应力；油膜干涉法基于不同剪切力作用下油膜厚度有所不同，实际测量中要对油膜进行特殊处理以保证其表面反射特性，其它参数比如重力，压力梯度等也会影响测量精度；基于mems传感器技术一般只能够测量单点壁面剪切应力，且造价高，无法实现多点测量，有局限性。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统技术存在的问题，提供一种具有便捷性的多点测量的像素级剪敏液晶标定与测量方法和系统。该系统利用了某些液晶在一定温度范围内只对剪切应力敏感这一特性，可以实现介质与壁面间的剪切应力场“面测量”，有效的消除误差，提高测量精度，同时具有对流体扰动很小的有益效果。

第一方面，本发明实施例提供了一种像素级剪敏液晶标定与测量方法，其特征在于，所述方法包括：制作与待测件的形状和尺寸均相同的标定件，并对所述标定件的标定平面进行处理操作；所述标定件受到的气流速度在预设范围内逐级加快的状态下，在预设标定速度范围内通过拟合运算获取一条hue-τ曲线，并将所述hue-τ曲线定义为所述量级标定曲线；根据拍摄获取的多个图片计算出每一个像素点在多个角度的色相hue值，并针对所述每一个像素点对所述色相hue值-角度φ进行高斯曲线的拟合运算；将获取的所述色相hue值-角度的所述高斯曲线中所述色相hue值的最大值代入至所述量级标定曲线中，获取的τ值即为所述每一个像素点的剪切应力值；根据获取的所述每一个像素点的所述剪切应力值完成对所述标定件的全平面内所有像素点的标定与测量操作。

第二方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面的像素级剪敏液晶标定与测量方法。

第三方面，本发明实施例提供了一种包含指令的计算机程序产品，当该计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面所述的方法。

第四方面，本发明实施例提供了一像素级剪敏液晶标定与测量系统，所述系统包括：与待测件形状和尺寸均相同的标定件、cn/r2型剪敏液晶、剪切应力测量装置、至少一个拍摄装置、气源、至少一个白灯、坐标固定架以及计算机；所述标定件朝上的标定平面被设置与所述剪切应力测量装置尺寸相同的沉孔，所述标定件朝下的所述标定平面被喷涂剪敏液晶；所述剪切应力测量装置被设置于所述标定件朝上的一面的沉孔内，用以测量壁面剪切应力值；所述至少一个拍摄装置被设置和所述标定件朝上的所述标定平面成40°角的正上方，并使用所述坐标固定架固定；所述至少一个白灯被设置于所述标定件朝上的所述标定平面正上方，形成面光源，通过垂直照射在所述标定件朝上的所述标定平面上用以提供持续的光照强度；所述计算机与所述至少一个拍摄装置电连接，用以通过对所述标定件进行量级标定操作获取量级标定曲线；以及用以接收所述至少一个拍摄装置拍摄的多个图片计算出每一个像素点在多个角度的色相hue值，并针对所述每一个像素点对所述色相hue值-角度φ进行高斯曲线的拟合运算；以及用以将获取的所述色相hue值-角度的所述高斯曲线中所述色相hue值的最大值代入至所述量级标定曲线中，获取的τ值即为所述每一个像素点的剪切应力值；以及用以根据获取的所述每一个像素点的所述剪切应力值完成对所述标定件的全平面内所有像素点的标定以及测量操作；其中，所述剪切应力测量装置为摩阻天平。

在其中一个实施例中，所述通过对所述标定件进行量级标定操作获取量级标定曲线包括：所述标定件受到的气流速度在预设范围内逐级加快的状态下，在预设标定速度范围内通过拟合运算获取一条hue-τ曲线，并将所述hue-τ曲线定义为所述量级标定曲线。

在其中一个实施例中，所述至少一个拍摄装置的位置被设置正对所述标定件的所述标定平面，该位置定义为0°位置。

在其中一个实施例中，所述气源方向与所述标定件朝上的所述标定平面内剪切应力方向相同，且所述气源方向为均匀覆盖所述标定件朝上的所述标定平面。

在其中一个实施例中，所述至少一个拍摄装置分别设置在0°，±30°和±60°位置，用于多角度拍摄以获取多个图片，其中，以所述拍摄装置垂直正对所述标定件的所述标定平面的位置为0°，且所述拍摄装置为ccd相机。

在其中一个实施例中，所述至少一个拍摄装置在拍摄过程中，所述标定件所受的气流的速度大小、所述标定件所受的气流的速度方向、所述标定件所受的温度、所述标定件所受的光照强度均保持不变，其中，所述光照强度的形成为通过所述至少一个白灯位于所述标定平面正上方，形成面光源，所述面光源垂直照射在所述标定平面上。

在其中一个实施例中，所述计算机还用于在气源减压阀被调节时，在气源所述预设标定速度范围内，逐级加快气流速度的状态下，记录对应于每个测点的每个标定速度值下的剪切应力值；通过线性插值法获取所述每个标定速度值所有像素点的剪切应力值τ。

在其中一个实施例中，所述计算机还用于基于喷涂剪敏液晶的所述标定平面，在气源减压阀被调节，在气源所述预设标定速度范围内，逐级加快气流速度的状态下，通过拍摄装置获取针对每个标定速度值转换得到拍摄图像每个像素点的色相hue值；将所述色相hue值与通过线性插值法获取的所述每个标定速度值所有像素点的剪切应力值τ进行曲线拟合操作，获取所述量级标定曲线。

在其中一个实施例中，所述标定件上的所述标定平面上喷涂的剪敏液晶的厚度与所述待测件上剪敏液晶的预期喷涂厚度相同。

本发明提供的一种像素级剪敏液晶标定与测量方法和系统，方法包括：制作与待测件的形状和尺寸均相同的标定件，并对标定件的标定平面进行处理操作；标定件受到的气流速度在预设范围内逐级加快的状态下，在预设标定速度范围内通过拟合运算获取一条hue-τ曲线，并将hue-τ曲线定义为量级标定曲线；根据拍摄获取的多个图片计算出每一个像素点在多个角度的色相hue值，并针对每一个像素点对色相hue值-角度φ进行高斯曲线的拟合运算；将获取的色相hue值-角度的高斯曲线中色相hue值的最大值代入至量级标定曲线中，获取的τ值即为每一个像素点的剪切应力值；根据获取的每一个像素点的剪切应力值完成对标定件的全平面内所有像素点的标定与测量操作。该方法可以有效消除误差，提高测量精度。

附图说明

图1为本发明一个实施例中的一种像素级剪敏液晶标定与测量方法的流程示意图；

图2为本发明一个实施例中的一种像素级剪敏液晶标定与测量系统的结构示意图；以及

图3为本发明一个实施例中的一种像素级剪敏液晶标定与测量系统的结构展示图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明提出的一种像素级剪敏液晶标定与测量方法和系统进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为一个实施例中的一种像素级剪敏液晶标定与测量方法的流程示意图，具体包括以下步骤：

步骤102，制作与待测件的形状和尺寸均相同的标定件，并对标定件的标定平面进行处理操作。

步骤104，标定件受到的气流速度在预设范围内逐级加快的状态下，在预设标定速度范围内通过拟合运算获取一条hue-τ曲线，并将hue-τ曲线定义为所述量级标定曲线。

步骤106，根据拍摄获取的多个图片计算出每一个像素点在多个角度的色相hue值，并针对每一个像素点对色相hue值-角度φ进行高斯曲线的拟合运算。

步骤108，将获取的色相hue值-角度的高斯曲线中色相hue值的最大值代入至量级标定曲线中，获取的τ值即为每一个像素点的剪切应力值。

步骤110，根据获取的每一个像素点的剪切应力值完成对标定件的全平面内所有像素点的标定与测量操作。

在本实施例中，对标定件的标定平面进行处理操作包括：对标定件的标定平面的第一平面制作尺寸与剪切应力测量装置相同的沉孔；对标定件的标定平面的第二平面喷涂剪敏液晶；其中，剪切应力测量装置为摩阻天平，第一平面为设置了剪切应力测量装置的标定件朝上的平面，第二平面为与第一平面背对侧平面。需要说明的是，在标定件上喷涂的剪敏液晶的厚度与在待测件上剪敏液晶的预期喷涂厚度相同。

需要说明的是，本公开还可以包括：将设置有剪切应力测量装置的第一平面朝上，使得标定件所受气源角度为0°，气源方向为均匀覆盖第一平面，其中，第一平面内剪切应力方向与气源方向相同。

本公开还可以包括：将拍摄装置分别设置在0°，±30°和±60°位置进行多角度拍摄以获取多个图片，其中，以拍摄装置垂直正对标定件的标定平面的位置为0°，且拍摄装置为ccd相机，ccd照相机放置于和标定平面成40°角的正上方，并使用固定架固定。

本公开还可以包括：拍摄装置在拍摄过程中，标定件所受的气流的速度大小、标定件所受的气流的速度方向、标定件所受的温度、标定件所受的光照强度均保持不变，其中，光照强度的形成为通过白灯位于标定平面正上方，形成面光源，面光源垂直照射在标定平面上。

本公开还可以包括：调节气源减压阀在气源预设标定速度范围内，逐级加快气流速度的状态下，记录对应于每个测点的每个标定速度值下的剪切应力值；通过线性插值法获取每个标定速度值所有像素点的剪切应力值τ。

本公开还可以包括：基于喷涂剪敏液晶的第二平面，调节气源减压阀在气源预设标定速度范围内，逐级加快气流速度的状态下，通过拍摄装置获取针对每个标定速度值转换得到拍摄图像每个像素点的色相hue值；将色相hue值与通过线性插值法获取的每个标定速度值所有像素点的剪切应力值τ进行曲线拟合操作，获取量级标定曲线。

本发明提供的一种像素级剪敏液晶标定与测量方法，制作与待测件的形状和尺寸均相同的标定件，并对标定件的标定平面进行处理操作；标定件受到的气流速度在预设范围内逐级加快的状态下，在预设标定速度范围内通过拟合运算获取一条hue-τ曲线，并将hue-τ曲线定义为量级标定曲线；根据拍摄获取的多个图片计算出每一个像素点在多个角度的色相hue值，并针对每一个像素点对色相hue值-角度φ进行高斯曲线的拟合运算；将获取的色相hue值-角度的高斯曲线中色相hue值的最大值代入至量级标定曲线中，获取的τ值即为每一个像素点的剪切应力值；根据获取的每一个像素点的剪切应力值完成对标定件的全平面内所有像素点的标定与测量操作。该方法可以有效消除误差，提高测量精度。

基于同一发明构思，还提供了一种像素级剪敏液晶标定与测量系统。由于像素级剪敏液晶标定与测量系统解决问题的原理与前述一种像素级剪敏液晶标定与测量方法相似，因此，该像素级剪敏液晶标定与测量系统的实施可以按照前述方法的具体步骤时限，重复之处不再赘述。

如图2所示，为一个实施例中的一种像素级剪敏液晶标定与测量系统的结构示意图。

具体的，该系统包括：与待测件形状和尺寸均相同的标定件、cn/r2型剪敏液晶、剪切应力测量装置、至少一个拍摄装置、气源、至少一个白灯、坐标固定架以及计算机。其中，标定件朝上的标定平面被设置与剪切应力测量装置尺寸相同的沉孔，标定件朝下的标定平面被喷涂剪敏液晶；剪切应力测量装置被设置于标定件朝上的一面的沉孔内，用以测量壁面剪切应力值；至少一个拍摄装置被设置和标定件朝上的标定平面成40°角的正上方，并使用坐标固定架固定；至少一个白灯被设置于标定件朝上的标定平面正上方，形成面光源，通过垂直照射在标定件朝上的标定平面上用以提供持续的光照强度；计算机与至少一个拍摄装置电连接，用以通过对标定件进行量级标定操作获取量级标定曲线；以及用以接收至少一个拍摄装置拍摄的多个图片计算出每一个像素点在多个角度的色相hue值，并针对每一个像素点对色相hue值-角度φ进行高斯曲线的拟合运算；以及用以将获取的色相hue值-角度的高斯曲线中色相hue值的最大值代入至量级标定曲线中，获取的τ值即为每一个像素点的剪切应力值；以及用以根据获取的每一个像素点的剪切应力值完成对标定件的全平面内所有像素点的标定以及测量操作。

本实施例中，通过对标定件进行量级标定操作获取量级标定曲线包括：标定件受到的气流速度在预设范围内逐级加快的状态下，在预设标定速度范围内通过拟合运算获取一条hue-τ曲线，并将hue-τ曲线定义为量级标定曲线。

本实施例中，至少一个拍摄装置的位置被设置正对标定件的标定平面，该位置定义为0°位置。气源方向与标定件朝上的标定平面内剪切应力方向相同，且气源方向为均匀覆盖标定件朝上的所述标定平面。

本实施例中，至少一个拍摄装置分别设置在0°，±30°和±60°位置，用于多角度拍摄以获取多个图片，其中，以拍摄装置垂直正对标定件的标定平面的位置为0°，且拍摄装置为ccd相机。至少一个拍摄装置在拍摄过程中，标定件所受的气流的速度大小、标定件所受的气流的速度方向、标定件所受的温度、标定件所受的光照强度均保持不变，其中，光照强度的形成为通过至少一个白灯位于标定平面正上方，形成面光源，面光源垂直照射在标定平面上。

本实施例中，计算机还用于在气源减压阀被调节时，在气源预设标定速度范围内，逐级加快气流速度的状态下，记录对应于每个测点的每个标定速度值下的剪切应力值；通过线性插值法获取每个标定速度值所有像素点的剪切应力值τ。计算机还用于基于喷涂剪敏液晶的标定平面，在气源减压阀被调节，在气源预设标定速度范围内，逐级加快气流速度的状态下，通过拍摄装置获取针对每个标定速度值转换得到拍摄图像每个像素点的色相hue值；将色相hue值与通过线性插值法获取的每个标定速度值所有像素点的剪切应力值τ进行曲线拟合操作，获取量级标定曲线。

本实施例中，标定件上的标定平面上喷涂的剪敏液晶的厚度与待测件上剪敏液晶的预期喷涂厚度相同。剪切应力测量装置为摩阻天平。

本发明提供的一种像素级剪敏液晶标定与测量系统，系统包括：与待测件形状和尺寸均相同的标定件、cn/r2型剪敏液晶、剪切应力测量装置、至少一个拍摄装置、气源、至少一个白灯、坐标固定架以及计算机；其中，标定件朝上的标定平面被设置与剪切应力测量装置尺寸相同的沉孔，标定件朝下的标定平面被喷涂剪敏液晶；剪切应力测量装置被设置于标定件朝上的一面的沉孔内，用以测量壁面剪切应力值；至少一个拍摄装置被设置和标定件朝上的标定平面成40°角的正上方，并使用坐标固定架固定；至少一个白灯被设置于标定件朝上的标定平面正上方，形成面光源，通过垂直照射在标定件朝上的标定平面上用以提供持续的光照强度；计算机与至少一个拍摄装置电连接，用以通过对标定件进行量级标定操作获取量级标定曲线；以及用以接收至少一个拍摄装置拍摄的多个图片计算出每一个像素点在多个角度的色相hue值，并针对每一个像素点对色相hue值-角度φ进行高斯曲线的拟合运算；以及用以将获取的色相hue值-角度的高斯曲线中色相hue值的最大值代入至量级标定曲线中，获取的τ值即为每一个像素点的剪切应力值；以及用以根据获取的每一个像素点的剪切应力值完成对标定件的全平面内所有像素点的标定以及测量操作。该系统可以有效消除误差，提高测量精度。

如图3所示，为一个实施例中的一种像素级剪敏液晶标定与测量系统的结构展示图。

具体的，加工和实验件相同的标定件，并在标定平面的一面加工尺寸和摩阻天平相同的沉孔，标定时将摩阻天平放入用以测量壁面剪切应力值。标定件平面的另一面用于喷涂剪敏液晶。ccd照相机放置于和标定平面成40°角的正上方，并使用固定架固定。白灯位于标定平面正上方，形成面光源，垂直照射在标定平面上。气源位置固定，并沿着与标定平面平行的方向吹入空气。标定步骤大致分为以下几步：1).量级标定：以相机正对标定平面的位置为0°，保证气源吹出的气流均匀且平行吹过标定平面，以保证相机拍摄方向为真实剪切应力方向。改变气流速度，在标定速度范围内拟合一条hue-τ曲线。2).角度标定：真实测量时，使用5台ccd相机分别放置于0°，±30°和±60°位置进行多角度拍摄(位置说明请参考附图)，针对每一个图像计算出每个像素点所对应的hue值，拟合一条hue值和角度φ的高斯曲线，其中hue值最大的对应角度即为该位置下的剪切应力方向。并把hue最大值代入到量级标定曲线中，对应的τ即为该像素点真实剪切应力值。

此外，还需要说明的是，具体的标定过程为：把带有摩阻天平的标定面朝上，保证气源角度为0°，且均匀覆盖整个平面，保证平面内剪切应力方向与气流方向相同。在标定速度范围内调节气源减压阀，改变气流速度，并记录下对应于每个测点的每个标定速度值下的剪切应力值。通过线性插值法得到每个标定速度值所有像素点的剪切应力值τ。

所有实验条件均不变，将标定平面反转，并在平面上均匀喷涂液晶，重复上述调节气流速度操作，同时使用ccd拍摄，针对每个标定速度值转换得到拍摄图像每个像素点的hue值。将得到的hue值第一步得到的τ拟合曲线，得到量级标定曲线。

真实测试情况下，使用5台照相机分别于±60°，±30°，和0°下通过ccd照相机拍摄图像，并得到每个像素点在每个角度的色相值hue。并针对每个像素点对hue-角度φ做高斯曲线的拟合，对应的hue值最大的角度就是该位置剪切应力方向，并把hue最大值代入到量及标定曲线中得到剪切应力的大小。通过该标定过程即可得到全平面内所有像素点的真实剪切应力值。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被图1中处理器执行。

本发明实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品。当该计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述图1的方法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。