[发明专利]一种测量流场压力场的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光测速技术领域中的粒子图像测速(PIV，Particle Image Velocimetry)技术，尤其涉及一种测量流场压力场的方法及装置。

背景技术

PIV技术是一种现代激光测速技术，主要运用于流场速度测量，通过追踪示踪粒子在流场中的运动来得到流场速度场。PIV技术通过片光源或者体光源能实现二维或者三维速度场测量，通过高速相机成像还能实现时间解析的PIV实验测量，并利用流体力学控制方程，即N-S方程求解重构得到和速度场耦合的流场压力场。

但是，高速成像需要高速相机来实施，而且PIV测量通常采用的是科研级别的工业相机，价格高昂。此外，PIV采用的光源同样是价格不菲的激光器。可见，采用PIV测量来获得流场压力场的方法成本较高。因此，如果能在光源和成像相机两个实验硬件环节都采用普通的设备来实现流场压力场测量，将大大降低实验费用，利于PIV流场压力场测量技术的普及。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种测量流场压力场的方法及装置，能解决现有技术中采用PIV测量流场压力场时对硬件要求高的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例公开了一种测量流场压力场的方法，所述方法包括：

对测量区域进行单次曝光PIV实验，获取彩色粒子图像；其中，所述彩色粒子图像记录有三种单色脉冲光源在同一曝光时间内的不同时刻照射的流场信息；

分别对三种单色脉冲光源进行流场粒子成像，并分析各种单色光对三个图层光强的贡献，获取光强标定函数；

根据所述光强标定函数对所述彩色粒子图像进行图层拆分；

对拆分后的彩色粒子图像进行互相关分析，获得流场速度场；

根据所述流场速度场确定流场压力场。

优选地，所述对测量区域进行单次曝光PIV实验，获取彩色粒子图像，包括：

先后发出等时间间隔的三种单色脉冲光源；

根据测量工况是二维场景或三维场景将三种单色脉冲光源聚焦成片光源或体光源，照亮测量区域；

控制彩色相机在一次快门时间内记录下先后三个单色脉冲光源照射的流场信息，以获取记录有三种单色脉冲光源在同一曝光时间内的不同时刻照射的流场信息的彩色粒子图像；其中，对于二维场景，采用单个彩色相机；对于三维场景，采用3个以上的彩色相机；

其中，所述快门时间至少满足下述公式：

2Δt₁+3Δt₂≤Δt₃；其中，Δt₁表示单色脉冲光源之间的时间间隔，Δt₂表示每个单色脉冲光源的脉宽，Δt₃表示快门时间；三个单色脉冲光源的信号峰值所对应时刻分别用t₁，t₂和t₃来表示，则所述峰值时刻满足下述公式：

t₂-t₁＝t₃-t₂＝Δt₁+Δt₂。

优选地，所述分别对三种单色脉冲光源进行流场粒子成像，并分析各种单色光对三个图层光强的贡献，获取光强标定函数，包括：

分别对三种单色脉冲光源进行流场粒子成像，并获取与每种单色脉冲光源相对应的光强标定图像；其中，所述光强标定图像中记录有一种单色脉冲光源在相同曝光时间长度内照射的流场信息；所述三种单色脉冲光源分别为R色脉冲光源、G色脉冲光源、B色脉冲光源；

将每种光强标定图像都分为三个图层的灰度矩阵；其中，所述三个图层是指R图层、G图层、B图层；

分析每种单色脉冲光源对三个图层光强的贡献；

结合二次多项式曲线拟合方法确定每种单色脉冲光源分别在三个图层上的光强标定函数。

优选地，所述根据所述光强标定函数对所述彩色粒子图像进行图层拆分，包括：

将三个图层上每个相同像素点位置处的光强标定函数联立，组成M×N个像素点的图层拆分方程组，每个像素的图层拆分方程组的表示形式为：