[发明专利]一种放电产生的激波的传播速度计算方法和系统

说明书

本申请公开了一种放电产生的激波的传播速度计算方法和系统，包括：获取放电过程中产生的两个连续的带有激波的纹影图片A和B；分别提取纹影图片A和B中的激波波面轮廓线，将该相邻时刻的激波波面轮廓线配准在一幅图片；扩充激波波面轮廓线数据点，构成纹影图片A和B对于同一过程流场的时间序列波面点坐标集，记为A_data和B_data；对A_data和B_data分段后确定纹影图片A和B中的激波波面轮廓线上各点的激波传播方向和激波半径、激波传播速度值，得到最终激波传播速度。降低了用于试验观测的高速相机的空间分辨率的要求，减少了人工取点的工作量，能够准确地反映放电过程中产生的激波的传播速度。

技术领域

本发明属于图像处理领域，涉及一种放电产生的激波的传播速度计算方法和系统。

背景技术

激波速度是激波的重要特性之一，一般都是通过测量传感器的测量值及其测量信号之间时间间隔的比值计算得出。常用的激波速度测量的方法有：

(1)通过压力传感器测量激波压力信号：

常见的压力传感器有压电传感器和压阻传感器。在试验过程中，每一个传感器都需要占用一个放大器通道和数据采集通道。当所需的测量点较多，采用压力传感器测量将导致测量成本很高。同时，在测量范围较小，特别是在有些位置，只关心激波传播速度而忽略激波压力信息，此时，需要一种成本较低、结构简单的激波速度测试系统。

(2)通过电离探针测出空气电离信号：

电离探针作为一种激波测速方法，在空气解离的条件下，可以很好测出激波速度。但是在激波速度较低、波后温度达不到空气电离程度的情况下，试验气流无法满足电离探针的工作条件。

(3)通过光学方法测量激波波面发光和激波前后密度的阶跃：

纹影法在流场显示中占有重要的地位，因为它对流场无扰动，不但可用于定性观察流场中激波的结构，而且可用于定量计算整个流场的参数分布。随着计算机技术的迅速发展，计算机数字图像处理技术在流场显示中得到广泛的应用。通过对纹影法获取的含激波流场纹影图的进行图像处理，从含有不同灰度值的纹影图片中提取激波的结构，而对于同一过程流场的时间序列干涉图，将不同时刻的激波波阵面曲线精确地配准在一幅画面上，以便定量计算冲击波波阵面的传播速度和压力分布。激波传播速度计算公式如下：

其中ΔL为激波传播的距离，Δt为激波传播的时间。

上述的压力传感器测量激波传播速度成本较高、结构较复杂；电离探针的工作条件存在一定的限制；纹影法计算激波传播速度过程中，利用激波的传播方向垂直于波面，可确定波面上不同位置激波传播的方向。在传播的过程中，对应波面的像素点是增加的。因此难以利用波面法向量方向一致来实现波面上点的一一对应。除了利用法向量确定对应关系，还可以通过对应点之间的距离是最短的来确定。然而，激波波面是有一定厚度的，无法做到用单个像素点连接形成波面轮廓，这将导致在寻找对应点时出现多对多的情况。同时，受限于纹影图片较低的分辨率，在波面上有效数据点有限，在计算激波传播的方向和速度会得到不正确的结果，造成较大的计算误差。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本申请提供一种放电产生的激波的传播速度计算方法，显著降低了用于试验观测的高速相机的空间分辨率的要求，观测系统结构简单，观测不受工作条件限制。在此基础上，减少了人工取点的工作量，计算误差在可接受的范围内，能够更加准确地反映放电过程中产生的激波的传播速度。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种放电产生的激波的传播速度计算方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：获取放电过程中产生的两个连续的带有激波的纹影图片A和B；