[发明专利]一种针对水中柱状冲击波的压强分布测量方法

说明书

本发明公开了一种针对水中柱状冲击波的压强分布测量方法，柱状冲击波为二维冲击波，采用摄像装置获取光源发出的光线经过散斑背景、无柱状冲击波的二维水槽的第一图像集；采用摄像装置获取光源发出的光线经过散斑背景、加载柱状冲击波的二维水槽的第二图像集；基于第一公式，通过第一图像集和第二图像集的对比确定背景散斑在柱状冲击波处的偏移量；基于第二公式及第三公式，通过散斑的偏移量确定光线折射率；基于第四公式及第五公式，通过光线折射率确定柱状冲击波的密度和压强；本发明不仅可以得到小范围内冲击波传播的压强分布，而且利用较少的光学设备，可以达到观察冲击波传播的目的。

技术领域

本发明涉及压强分布测量领域，特别是一种针对水中柱状冲击波的压强分布测量方法。

背景技术

水中冲击波是指当液体介质中压强、密度和温度在波阵面上发生突跃变化的压缩波。

由于水的压缩性比较低，冲击波在水中的脉宽值比较窄，常温下，冲击波在水中的传播速度大于等于1500mm/s，所以测量水中冲击波需要高频响、高分辨率的压强传感器，对于水中冲击波单点的测量，目前使用比较多的是PVDF(聚偏氟乙烯)针式传感器、膜式水听器和光导纤维水听器，在多点测量甚至是对于冲击波压强分布测量的情况，传统的测量方法需要用多个压强传感器，如果是在比较小的空间里，布置多个压强传感器是比较困难的。

发明内容

本发明要解决的问题是能够测量在小范围内冲击波传播的压强分布和观察冲击波传播的图像。

为了解决上述问题，本发明提供了一种针对水中柱状冲击波的压强分布测量方法，该方法包括如下步骤：

采用摄像装置获取光源发出的光线经过散斑背景、无柱状冲击波的二维水槽的第一图像集；

采用摄像装置获取光源发出的光线经过散斑背景、加载柱状冲击波的二维水槽的第二图像集；

基于第一公式，通过所述第一图像集和所述第二图像集的对比确定散斑在所述柱状冲击波处的偏移量；

基于第二公式及第三公式，通过所述散斑的偏移量确定所述光线折射率；

基于第四公式及第五公式，通过所述光线折射率确定所述柱状冲击波的密度和压强。

进一步地，所述柱状冲击波为二维柱状冲击波。

进一步地，所述第一公式如下：

进一步地，所述第一公式中的Δx和Δy分别是在水平和垂直方向上的散斑的偏移量，Δt为高速摄像机记录的两张连可视化图片的时间间隔，计算散斑位移时，Δt取值为1，f_ijk是第k图像帧中第i行和第j列的交叉处的图像亮度，(f_ijk)x，(f_ijk)y，(f_ijk)t分别是x,y,t图像亮度的偏导数。

进一步地，所述第二公式如下：

所述第三公式如下：

进一步地，所述第二公式和第三公式中的Z_D为散斑背景到柱状冲击波圆心的距离，Z_B为散斑背景到相机镜头的距离，f为镜头的焦点距离。

进一步地，所述第四公式和第五公式如下：

所述第五公式如下:

进一步地，所述第四公式和第五公式中P为柱状冲击波的压强，ρ为柱状冲击波的密度，B＝2963bar,γ＝7.415,P₀＝1.03bar。