[发明专利]一种氢气三维浓度测试装置及其测试方法

权利要求书

1.一种氢气三维浓度测试方法，采用氢气三维浓度测试装置，包括三组反射式纹影系统模块、高速摄像机、同步发生器和PC端数据处理模块；三组反射式纹影系统模块按照夹角为120°排列分布；三组反射式纹影系统模块的中心高度保持一致，三组反射式纹影系统模块的中心处为待测流场；每组反射式纹影系统模块的准直镜一端安装有光源和狭缝；每组反射式纹影系统模块的纹影镜一端安装高速摄像机，高速摄像机与同步发生器连接；

其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用同步发生器与高速摄像机拍摄没有待测流场时的纹影图像，得到一组不同角度的纹影图像，此图像作为背景图像；

S2、利用氦气进行浓度标定：将纯氦气瓶、减压阀、流量计、三通管、空气压缩机依次连接，调节流量计开度，并利用氦气传感器测得一组三通管出口处的氦气浓度，并记录浓度值；

调节流量计开度调节到所测浓度值的开度，并固定；利用同步发生器与高速摄像机拍摄此时纹影图像，得到一组不同角度的纹影图像，为不同浓度下的氦气的纹影图像；

S3、将获得的纹影图像的灰度值利用滤波反投影重建算法，得到三维重构图，将三维重构图灰度值减去背景图像灰度值后的图像差值作为待标定图像，取待标定图像中三通管出口处N个点的灰度值，计算其平均灰度值，并与传感器浓度数据对应；

S4、重复步骤S2、步骤S3，获得一系列灰度值与氦气浓度的数据，并对其进行高斯过程拟合，得到三维重构图下的灰度值与浓度的标定曲线

f(x)＝Gaussian(x)；

其中：x为图像灰度值，f(x)为拟合后的浓度值，Gaussian(x)是对x的高斯过程拟合方法；

利用氢气对标定曲线进行修正：将浓度为4％的氢气射流浓度场放入待测流场区域，利用同步发生器与高速摄像机拍摄此时纹影图像，利用S3中的数据处理的方法，获得灰度值与浓度值的关系，对f(x)进行修正，即F(x)＝αf(x)；

其中x₀为4％氢气浓度下的待标定图像的灰度值，f(x₀)为氢气浓度拟合值；

S5、将待测氢气流场放入氢气三维浓度测试装置中，同时记录一组不同角度的氢气浓度分布的纹影图像，利用滤波反投影重建算法，将所得的三组纹影二维图像转化为氢气浓度三维重构图，图中的每个灰度值代表了该区域的浓度值；

S6、利用步骤S4中的标定曲线F(x)，对氢气浓度三维重构图灰度值进行映射，得到氢气浓度三维浓度分布图。

2.根据权利要求1所述的一种氢气三维浓度测试方法，其特征在于，步骤S5中滤波反投影重建算法，包括以下步骤：

设f(x,y)表示需要重建的图像的灰度值，用r(t,θ)表示在θ角度获取的f(x,y)的一个平行投影的灰度值，t表示投影射线到对称中心即旋转中心的距离，设s为在角度θ下与投影射线平行的坐标轴，它与t所在的坐标轴垂直，则：

对r(t,θ)进行一维傅里叶变换:

对f(x，y)进行二维傅里叶变换：

令；

则：