[发明专利]一种空化云空化强度的测量方法

说明书

本发明涉及空化分析领域，尤其涉及一种空化云空化强度的测量方法。该方法包括以下步骤：获取待测区域的空化云图像；获取空化云图像的灰度值；根据空化云图像的灰度分布与空化云状态的物理关系，计算得出反映空化云强度的第一目标数据以及反映空化云状态变化的第二目标数据。采用本方法可以在对空化场没有影响的前提下，通过对大量空化云图像的定量分析，得到能对空化云的强度分布定量描述的数据以及反映空化云周期性特征的数据。

技术领域

本发明涉及空化分析领域，尤其涉及一种空化云空化强度的测量方法。

背景技术

当超声波在液体中的强度高于一定程度时，液体中会出现肉眼可见气泡，同时还伴随着类似“开水叫”的嘶嘶声，这种现象叫超声空化(ultrasonic cavitation)。这些肉眼可见的气泡叫空化泡(cavitation bubble),它们通常会大量聚集成团簇，看上去像云，因此取名空化云(cavitation cloud)，那些在空化过程中发出的嘶嘶声称为空化噪声。

空化泡在超声波作用下会剧烈的径向振动，即膨胀和收缩。因此，由它们构成的空化云也会表现出相应的膨胀和收缩。但是，超声波的频率一般在20kHz以上,空化泡在其作用下振动的周期很短，振动很快，肉眼无法看清。因此，通常需要借助高速摄影机拍下下来，再放慢播放才能看清振动过程。

一般地，超声波越强，空化泡振动越剧烈(空化泡最大半径比其初始半径)。然而，空化泡的振动有很强的非线性，其周期特征也很复杂。它的振动中即含有和超声波频率一样的周期性成分，也含有频率与超声波频率成整数比的次谐频及超谐频成分，还含有宽频带成分(相应于瞬态过程)。其中，次谐频成分的大小被认为用空化强度有很强的依赖性。这些周期性特征通常是用水听器采集空化辐射的噪声分析得到的。

然而，现有的空化云观测多依赖于对空化云高速摄影照片的人工测量和定性分析，从大量空化云照片中很难发现规律性的结果。对空化强度也缺乏统一有效的定义和方法。现有的中测量空化强度的方法中，水听器测噪声法操作简单，但是很难排除非空化噪声(换能器背景声)的干扰；化学反应法操作复杂，只能看到最终累积效果，不能反应即时变化；空蚀法虽然操作简单，直观，但是对空化场本身影响较大，不能准确反映所在区域的空化强弱。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种空化云空化强度的测量方法，该方法包括以下步骤：

获取待测区域的空化云图像；获取所述空化云图像的灰度值；根据所述空化云图像的灰度分布与空化云状态的物理关系，计算得出反映空化云强度的第一目标数据以及反映空化云状态变化的第二目标数据；其中，所述空化云图像为N张时序的预先使用高速摄像机在所述待测区域拍摄的一系列8位黑白照片。

优选地，获取所述空化云图像的灰度值步骤，具体包括：获取空化云图像中每个像素坐标位置上的灰度值作为该坐标位置的初始灰度值；根据初始灰度值与所述空化云图像的像素坐标的位置关系，建立一个存储所述初始灰度值的三维矩阵G，所述空化云图像的某一像素坐标位置上的初始灰度值在所述三维矩阵G中具体计为：g(l，m，n)；提取初始灰度值中重复出现次数最多的灰度值作为背景灰度值，计为g₀(l，m，0)；其中，n∈[1,N]，l∈[1,L]，m∈[1,M]，所述照片的像素值为L×M。

优选地，根据空化云图像的灰度分布与空化云状态的物理关系，计算得出反映空化云强度的第一目标数据以及反映空化云状态变化的第二目标数据步骤，具体包括：根据公式：计算得出反映图像拍摄区域空化云空化强度的第一目标数据q_T(l,m)；根据公式：计算得出反映图像拍摄区域空化云状态变化的第二目标数据q_V(n)；其中，g(l，m，n)为所述空化云图像的某一像素坐标位置上的初始灰度值，g₀(l，m，0)为背景灰度值，照片的像素值为L×M。