[发明专利]一种利用荧光微丝的温度和流态同步测量方法

说明书

本发明公开了一种利用荧光微丝的温度和流态同步测量方法，涉及风洞试验技术领域，本方法利用荧光微丝的荧光信号强度随温度变化的特性，解决了荧光微丝流场温度和流态同步测量中，温度测量难以定量化和温度测量精度较低的问题，最终在传统荧光微丝流态测量的基础之上实现了流场和温度的同步测量。

技术领域

本发明涉及风洞试验技术领域，具体地，涉及一种利用荧光微丝的温度和流态同步测量方法。

背景技术

荧光微丝流动显示技术是各类风洞和外场试验研究表面流态分离雷诺数效应的重要手段。该技术将含有荧光物质的合成纤维制备成直径极小的荧光微丝，将其一端固定在模型表面，拍摄微丝在流场中的流谱，可直观反映流经模型的气流状态和范围。由于其具有技术成本低、操作简单、抗干扰能力强和对流场影响小等特点，目前广泛应用于各类大型低速风洞和飞行试验的表面流态显示中。除了表面流态显示，温度测量在高雷诺数低速风洞中也具有重要的意义，能够为试验模型的气动设计和性能预测提供数据支撑。然而，传统的接触式流场测温方法（如热电偶）虽然能被广泛应用于风洞流场温度测量，却会对流场产生明显的干扰，从而显著影响流场参数的测量精度。由于荧光的无辐射跃迁系数与温度相关，荧光材料的荧光信号强度会随温度变化产生显著改变，结合荧光微丝技术有望实现非接触、高精度的流场温度和流态同步测量。

然而，当前传统的荧光微丝技术难以实现温度高精度、定量化测量的需求，主要存在以下技术难点：1. 当前测试技术缺乏对荧光微丝的温度灵敏度判定方法，无法筛选出合适的高温度灵敏度荧光微丝；2. 缺乏荧光光谱参数随温度变化的标准曲线，无法实现温度的定量化测量；3. 微丝的荧光信号强度还受到激光强度波动带来的影响，无法实现高精度的温度测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用荧光微丝的温度和流态同步测量方法，该方法利用荧光微丝的荧光信号强度随温度变化的特性，解决了荧光微丝流场温度和流态同步测量中，温度测量难以定量化和温度测量精度较低的问题，最终在传统荧光微丝流态测量的基础之上实现了流场和温度的同步测量。

为实现上述目的，本发明具体技术方案按以下步骤进行：

步骤一：将荧光微丝的温度调整到n个数值大小不同的设定温度，每调整到相应的设定温度后均用激光照射荧光微丝产生荧光信号，使用光谱仪获得n个荧光光谱信号；

步骤二：基于n个温度对应的n个荧光光谱信号构建不同波长下荧光相对强度随温度变化的变化曲线，对所述变化曲线进行线性或指数拟合获得波长与温度灵敏度的对应关系；在荧光强度大于测量阈值条件的波长范围内，选取温度灵敏度最大值对应的波长值为第一波长数值，选取温度灵敏度最小值对应的波长值为第二波长数值；

步骤三：基于所述第一波长数值选取对应波长的第一带通滤波片，基于所述第二波长数值选取对应波长的第二带通滤波片；

步骤四：将第一带通滤波片和第二带通滤波片分别安装至双分幅相机系统的两个相机前端；

步骤五：对双分幅相机系统进行标定，将荧光微丝的温度调整到n个大小不同的设定温度，每调整到相应的设定温度后均使用双分幅相机系统拍摄获得第一图像和第二图像，对第一图像和第二图像中相同坐标位置像素点的图像灰度进行相除，获得荧光比值图像，基于每个设定温度对应的荧光比值图像获得荧光强度比值随温度变化的第一标准曲线；

步骤六：将若干荧光微丝安装在待测模型上，利用激光照射荧光微丝产生荧光测量信号，使用双分幅相机系统拍摄荧光微丝获得荧光微丝测量图像，基于所述荧光微丝在气流下的形态实现流态的显示，基于所述荧光微丝测量图像获得荧光比值测量图像，基于所述荧光比值测量图像和所述第一标准曲线，获得待测模型的温度测量值。