[发明专利]一种流场实时精确测量系统及方法

摘要

本发明提供一种流场实时精确测量系统及方法。系统，包括示踪粒子发生器、图像处理子系统和PIV测量子系统，示踪粒子发生器设置在待测流场上游，图像处理子系统采集流场中示踪粒子图像，传递给PIV测量子系统。方法，根据前一次测量，计算空间分辨率调整信息和时间分辨率调整信息，调整查询窗口参数和图像采集速度，在后一次测量时，根据调整后的图像采集速度采集流场粒子图像，对该幅图像和上幅图像，采用调整后的查询窗口参数，通过粒子图像测速方法获得当前全流场速度矢量。本发明提供的流场实时精确测量系统及方法，对于流速高，尤其是高超音速流场、变化剧烈的流场进行实时测量，精确度高。

主权项

一种流场实时精确测量系统，其特征在于，包括：示踪粒子发生器、图像处理子系统和PIV测量子系统；其中：示踪粒子发生器，用于产生示踪粒子并释放到待测流场，设置在待测流场上游；图像处理子系统，包括激光发射单元和图像采集装置：所述图像采集装置，包括镜头、棱镜组、高速图像传感器阵列和控制器；工作时，入射光线经过所述镜头入射至所述棱镜组，所述棱镜组将入射光线分成N个光强各不相同的子光束，N个子光束分别聚焦在与所述入射光线垂直的高速图像传感器阵列中N个图像传感器上，控制器接收PIV测量子系统传送的图像采集时间间隔，并根据采集图像时间间隔，分别控制各个图像传感器依次分时触发曝光，获得不同时刻物体的图像；所述激光发射单元，用于产生多束激光并合束后调制成高能薄片状激光片光，激光片光沿流场方向布置，照亮示踪粒子；图像采集装置，设置在激光发射单元照亮区域，用于采集流场纵剖面的示踪粒子反射的激光，并将激光分束按照图像采集时间间隔成像，从而得到流场纵剖面示踪粒子图像数据并传送给PIV测量子系统；所述激光发射单元包括激光发生器、光学组件和片光源发生器；其中：激光发生器，用于发射多束柱状激光束激光；光学组件，用于将多束柱状激光束激光合束；包括与水平面成45°放置的条纹镜以及设置于条纹镜的出射光路上的偏振合束元件；片光源发生器，用于将激光束调制成薄片状；包括用于将合束后的激光束转换为激光片光的柱面透镜组以及用于将激光片光进行多次反射使得激光亮度增强的反射镜腔组；多束激光发生器发出的柱状光束激光经过柱透镜组，形成单数高频大功率脉冲激光，经片光源发生器调制成薄片状激光片光；PIV测量子系统，用于接受图像采集装置采集的流场纵剖面示踪粒子图像数据，测量全流场速度矢量，并按照流场变化越剧烈示图像采集时间间隔越短的原则，计算图像采集时间间隔传送给所述图像采集装置；所述PIV测量子系统，包括上位机和下位机，其中：所述上位机，采用CPU+GPU的运行处理环境，用于接受图像采集装置采集的流场纵剖面示踪粒子图像数据并传递给下位机进行处理，还用于实时显示全流场速度矢量；所述下位机，采用多DSP和多FPGA叠加的方案，用于并行处理流场粒子图像从而计算时间分辨率调整信息和空间分辨率调整信息，并根据时间分辨率调整信息计算图像采集时间间隔传递给图像处理子系统的图像采集装置、根据空间分辨率调整信息计算当前查询窗口参数从而估计全流场速度矢量；所述上位机与下位机通过通信接口相连。