[发明专利]基于CCD相机长曝光光源频闪的压敏涂料压力校准方法

说明书

本发明提供一种基于CCD相机长曝光光源频闪的压敏涂料压力校准方法，包括：信号发生器连接激光光源的外触发接口，对激光光源的工作状态进行控制；同时，信号发生器连接CCD相机的外触发接口，对CCD相机的工作状态进行控制，从而得到与每个相位对应的荧光图像。对于每一个荧光图像，均建立一个校准方程，采用最小二乘法求解，得到最终的校准结果。本发明采用帧率较低的CCD相机采集到高频波动压力下某个相位的PSP荧光图像；PSP荧光图像为叠加后的荧光图像，从而有效提高了荧光图像的图像信噪比，高信噪比的荧光图像有利于得到高分辨率的压力结果。

技术领域

本发明属于压敏涂料压力校准技术领域，具体涉及一种基于CCD相机长曝光光源频闪的压敏涂料压力校准方法。

背景技术

压力作为自动化控制的热工三参量(压力、温度、流量)之一，在测量与控制中占有非常重要的地位。测压的方式有很多，但每一种测压方式均需要对测量设备进行校准，以期获得测量数据，如电信号、光信号等与压力之间的函数关系以及测量系统如灵敏度等的特性。

基于计算机视觉与图像处理技术的光学压敏涂料测压技术(Pressure SensitivePaint，PSP)，是非接触式流动显示技术的重要突破。与目前国内传统的点阵式测量技术相比，光学压敏测量技术能够弥补压力探针布孔、压力传感器等对模型的破坏和对流场的干扰以及传统方法数据传输方式的复杂性，并且该测量技术大幅度提升测量范围，具有无接触、连续测量、试验成本相对低廉、节约时间等优势，已经受到广大实验工作者的青睐。光学压敏测压技术的基本原理为：将压力敏感涂料均匀覆盖于被测模型表面，压力敏感涂料由光敏分子和可以透氧的基质组成。在受到特定波长的光激发时，涂料中的光敏分子由原本稳定的基态获得能量而跃迁到高能级的激发态。处于不稳定激发态的光敏分子，受到被测量表面扩散进来的氧分子碰撞，失去激发态的能量而失活回到基态，这种过程并不产生辐射光，从而导致发光强度降低，形成“氧猝灭”现象。氧分子浓度越大，即：在大气中可视为压力越大，氧的猝灭效应越强，涂料在一定光光照下发出的光就越暗。因此，在光照射下，压力敏感涂料的发光强度即可反映被测模型表面所受的压力值。在光照射下拍摄被测模型表面的图像照片，通过对图像照片进行分析，可得到被测模型表面的压力分布。

现有技术中，光学压敏涂料测压技术主要存在以下问题：

随着快速响应光学压敏涂料(Fast PSP)的发展，涂料的响应时间逐渐缩短，能够用于高频波动压力流场的测量。然而，被测压力流场频率增高的同时，要求相机的曝光时间缩短才能满足高频压力流场测量的需求。而当相机的曝光时间缩短时，会直接导致相机进光量的减少，从而导致相机拍摄得到的荧光图像的信噪比(SNR)较低，降低了对压敏涂料压力校准的准确性，从而不利于得到高分辨率的压力测量结果。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于CCD相机长曝光光源频闪的压敏涂料压力校准方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种基于CCD相机长曝光光源频闪的压敏涂料压力校准方法，包括以下步骤：

步骤1，将PSP样片(2)固定于声学驻波管(1)的底盖位置，在声学驻波管(1)旋紧后，底盖所在平面与声源(11)所在平面平行；信号发生器(8)的第1通道通过功率放大器(9)与声源(11)连接，声源(11)的发声端与声学驻波管(1)连接；

CCD相机(5)和激光光源(3)经声学驻波管(1)的光学视窗(7)对准PSP样片(2)，在CCD相机(5)的镜头前固定安装滤光片(6)；信号发生器(8)的第2通道与CCD相机(5)连接；信号发生器(8)的第3通道与激光光源(3)连接；

在PSP样片(2)所在截面固定动态压力传感器(4)；

所述CCD相机(5)的输出端和所述动态压力传感器(4)的输出端均连接到计算机(10)；