一种三维速度压力耦合测量方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及流体力学测量应用领域中的三维空间激光成像测量技术，尤其涉及一种三维速度压力耦合测量方法及系统。
【背景技术】
[0002]对自然界和工程界中的流动，流场压力场的获取是一个重要的研宄内容，因为压力是物体受力最直接的体现，而压力脉动是湍流流动特性维持和改变的重要原因。
[0003]在实验研宄中，对流场内压力的直接测量是非常困难的，其中的原因也是多方面的，采用压力传感器植入式的测量会对流场造成较大干扰，而且还会涉及到单点测量、空间分辨率和时间响应等诸多问题；间接压力测量的方法以光学方法最为常见，主要是在物体表面进行压敏漆处理，通过光学成像的方法来识别壁面的压力分布，例如压敏漆(PSP)技术。但是光学压敏测量技术只能测量固体表面的压力分布，在测量精度、空间分辨率和动态响应方面表现还有待进一步提高；而且即便是采用经过压敏漆处理的示踪粒子进行速度场和压力场的耦合测量也才处于探索性阶段，并没有得到广泛应用。
[0004]因此，提供一种三维速度压力耦合测量方案，能够实现对三维流场的速度场和压力场的耦合测量，已成为亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明实施例期望提供一种三维速度压力耦合测量方法及系统，能够实现对三维流场的速度场和压力场的耦合测量，且测量精度高、应用范围广。
[0006]为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的:
[0007]本发明实施例提供了一种三维速度压力耦合测量方法，所述方法包括:
[0008]获取待测流场中的标定靶的数字图像信息；
[0009]控制脉冲激光器先后发射N束脉冲激光照射待测流场，并控制K个图像采集设备同步采集所述N束脉冲激光照射的待测流场中示踪粒子的数字图像信息；N为大于2的正整数，K为大于2的正整数；
[0010]依据所述示踪粒子的数字图像信息及所述标定靶的数字图像信息进行三维图像重构得到所述待测流场的三维粒子灰度分布场，由所述三维粒子灰度分布场得到三维速度矢量场，并依据得到的三维速度矢量场获得所述待测流场的压力场。
[0011]上述方案中，所述控制脉冲激光器先后发射N束脉冲激光照射待测流场包括:
[0012]周期性的控制脉冲激光器等时间间隔的先后发射N束脉冲激光照射待测流场。
[0013]上述方案中，所述控制K个图像采集设备同步采集所述N束脉冲激光照射的待测流场中示踪粒子的数字图像信息，包括:
[0014]控制K个图像采集设备处于跨帧运行方式，从不同角度同步采集所述N束脉冲激光照射的待测流场中示踪粒子的数字图像信息。
[0015]上述方案中，所述由所述三维粒子灰度分布场得到三维速度矢量场，包括:
[0016]采用速度梯度自适应的体互相关算法，并根据当地的速度梯度迭代调节判读窗口的形状，由所述三维粒子灰度分布场得到三维速度矢量场。
[0017]上述方案中，所述依据得到的三维速度矢量场获得所述待测流场的压力场，包括:
[0018]依据得到的三维速度矢量场获得对应的初始压力梯度矢量场，依据获得的初始压力梯度矢量场获得压力梯度修正矢量场，依据获得的初始压力梯度矢量场及压力梯度修正矢量场得到修正后的满足无旋条件的压力梯度矢量场，对获得的所述修正后的满足无旋条件的压力梯度矢量场进行积分，得到所述待测流场的压力场。
[0019]本发明实施例还提供了一种三维速度压力耦合测量系统，所述系统包括:服务器、同步控制器、脉冲激光器及K个图像采集设备；其中，
[0020]所述服务器，用于获取待测流场中的标定靶的数字图像信息；
[0021]所述服务器，还用于通过所述同步控制器控制脉冲激光器先后发射N束脉冲激光照射待测流场，并通过所述同步控制器控制K个图像采集设备同步采集所述N束脉冲激光照射的待测流场中示踪粒子的数字图像信息；N为大于2的正整数，K为大于2的正整数；
[0022]所述服务器，还用于依据所述示踪粒子的数字图像信息及所述标定靶的数字图像信息进行三维图像重构得到所述待测流场的三维粒子灰度分布场，由所述三维粒子灰度分布场得到三维速度矢量场，并依据得到的三维速度矢量场获得所述待测流场的压力场。
[0023]上述方案中，所述服务器，具体用于通过所述同步控制器周期性的控制脉冲激光器等时间间隔的先后发射N束脉冲激光照射待测流场。
[0024]上述方案中，所述服务器，具体用于通过所述同步控制器控制所述K个图像采集设备处于跨帧运行方式，从不同角度同步采集所述N束脉冲激光照射的待测流场中示踪粒子的数字图像信息。
[0025]上述方案中，所述服务器，具体用于采用速度梯度自适应的体互相关算法，并根据当地的速度梯度迭代调节判读窗口的形状，由所述三维粒子灰度分布场得到三维速度矢量场。
[0026]上述方案中，所述服务器，具体用于依据得到的三维速度矢量场获得对应的初始压力梯度矢量场，依据获得的初始压力梯度矢量场获得压力梯度修正矢量场，依据获得的初始压力梯度矢量场及压力梯度修正矢量场得到修正后的满足无旋条件的压力梯度矢量场，对获得的所述修正后的满足无旋条件的压力梯度矢量场进行积分，得到所述待测流场的压力场。
[0027]本发明实施例所提供的三维速度压力耦合测量方法及系统，获取待测流场中的标定靶的数字图像信息；控制脉冲激光器先后发射N束脉冲激光照射待测流场，并控制K个图像采集设备同步采集所述N束脉冲激光照射的待测流场中示踪粒子的数字图像信息；N为大于2的正整数，K为大于2的正整数；依据所述示踪粒子的数字图像信息及所述标定靶的数字图像信息进行三维图像重构得到所述待测流场的三维粒子灰度分布场，由所述三维粒子灰度分布场得到三维速度矢量场，并依据得到的三维速度矢量场获得所述待测流场的压力场。如此，能够实现对三维流场的速度场和压力场的耦合测量，实现简单、测量精度高、应用范围广，具有重要的学术意义和应用价值。
【附图说明】
[0028]图1为本发明实施例一的三维速度压力耦合测量方法流程示意图；
[0029]图2为本发明实施例三脉冲激光器原理示意图；
[0030]图3为本发明实施例双芯片PIV跨帧数字相机原理示意图；
[0031]图4为本发明实施例图像信息采集时序示意图；
[0032]图5为本发明实施例同步控制器与三脉冲激光器、双芯片PIV跨帧数字相机的连接原理示意图；
[0033]图6为本发明实施例三维速度压力耦合测量实现原理示意图；
[0034]图7为本发明实施例二的三维速度压力耦合测量方法流程示意图；
[0035]图8为本发明实施例三维速度压力耦合测量系统组成结构示意图。
【具体实施方式】
[0036]在本发明实施例中，获取待测流场中的标定靶的数字图像信息；控制脉冲激光器先后发射N束脉冲激光照射待测流场，并控制K个图像采集设备同步采集所述N束脉冲激光照射的待测流场中的示踪粒子的数字图像信息；N为大于2的正整数，K为大于2的正整数；依据所述示踪粒子的数字图像信息及所述标定靶的数字图像信息进行三维图像重构得到所述待测流场的三维粒子灰度分布场，由所述三维粒子灰度分布场得到三维速度矢量场，并依据得到的三维速度矢量场获得所述待测流场的压力场。
[0037]实施例一
[0038]图1所示为本发明实施例一的三维速度压力耦合测量方法流程示意图，如图1所示，本发明实施例三维速度压力耦合测量方法包括:
[0039]步骤101:获取待测流场中的标定靶的数字图像信息；
[0040]这里，所述待测流场中的标定靶的数字图像信息为:所述待测流场厚度方向上的G个不同位置的标定靶的数字图像信息；
[0041]本步骤具体包括:将预设的标定靶放置在所述待测流场厚度方向上的G个不同的位置，并控制所述K个图像采集设备对不同位置上的标定靶分别进行图像采集，得到不同位置上标定靶的数字图像信息，以使服务器依据所述标定靶的数字图像信息得到所述待测流场物理空间和所述图像采集设备的成像平面二维空间之间的映射函数，用于三维粒子灰度分布场计算；其中，G为正整数，具体可依据实际情况进行设定；
[0042]这里，所述标定革El可以为用于双芯片粒子图像测速(PIV，Particle ImageVelocimetry)的平面标定革巴。
[0043]步骤102:控制脉冲激光器先后发射N束脉冲激光照射待测流场，并控制K个图像采集设备同步采集所述N束脉冲激光照射的待测流场中示踪粒子的数字图像信息；
[0044]这里，所述待测流场为激光照射的特定体空间；所述特定体空间的大小可以依据实际需要进行选取。
[0045]进一步的，所述控制脉冲激光器先后发射N束脉冲激光照射待测流场包括:
[0046]服