基于多光譜成像的數(shù)字粒子圖像測(cè)速技術(shù)研究.pdf

1、數(shù)字粒子圖像測(cè)速技術(shù)(Digital Particle Image Velocimetry,簡(jiǎn)稱(chēng)DPIV)是一種流場(chǎng)測(cè)量技術(shù),在航空航天、空氣＼水動(dòng)力學(xué)及燃燒學(xué)等研究中有著廣泛的應(yīng)用。近十年來(lái),隨著光學(xué)、成像技術(shù)和圖像處理技術(shù)的迅速發(fā)展,DPIV技術(shù)也進(jìn)入了快速發(fā)展的階段。國(guó)外在DPIV研究領(lǐng)域起步比較早、技術(shù)上較為先進(jìn),并已有相關(guān)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化。國(guó)內(nèi)的研究總體上不及國(guó)外,成果的轉(zhuǎn)化相對(duì)滯后。繼續(xù)深化、完善DPIV不僅僅具有重要的學(xué)

2、術(shù)意義,對(duì)推動(dòng)國(guó)內(nèi)DPIV技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　 本論文圍繞著DPIV方法和與其相關(guān)技術(shù)來(lái)展開(kāi),全面、系統(tǒng)地研究DPIV的理論基礎(chǔ)及其實(shí)現(xiàn)方法,重點(diǎn)研究DPIV技術(shù)中兩個(gè)重要課題:如何提高DPIV測(cè)量系統(tǒng)的可測(cè)速度極限以及非定常復(fù)雜結(jié)構(gòu)流場(chǎng)的測(cè)量的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)研究流場(chǎng)中示蹤粒子的跟隨性問(wèn)題,為復(fù)雜結(jié)構(gòu)流場(chǎng)的DPIV測(cè)量中示蹤粒子的選擇提供理論依據(jù)。
　　 在DPIV測(cè)量中,一個(gè)

3、系統(tǒng)可測(cè)量的流速范圍由圖像中粒子的位移大小和圖像時(shí)間間隔決定,而圖像中粒子的位移大小受成像系統(tǒng)放大倍率、物距等影響,難以統(tǒng)一評(píng)價(jià),因此可測(cè)流速極限的評(píng)價(jià)主要取決于兩幅粒子圖像之間的時(shí)間間隔。針對(duì)這一課題本項(xiàng)研究提出了一種新的縮短兩幅粒子圖像之間時(shí)間間隔的方法:多波長(zhǎng)激光脈沖照明與多光譜成像技術(shù)。論文的作者依據(jù)這一技術(shù)的原理設(shè)計(jì)并搭建了一套基于多光譜成像的DPIv測(cè)量系統(tǒng),將兩幅粒子圖像之間的時(shí)間間隔縮短至50秒,可用于超音速流場(chǎng)的測(cè)量。

4、
　　 復(fù)雜結(jié)構(gòu)流場(chǎng)主要是指既存在流速很高的區(qū)域,也存在流速較低的區(qū)域的一類(lèi)流場(chǎng)。非定常流場(chǎng)則是指流場(chǎng)的流動(dòng)不具備周期性。傳統(tǒng)的DPIV系統(tǒng)采用雙激光脈沖照明流場(chǎng),僅存在一個(gè)時(shí)間間隔,在測(cè)量非定常復(fù)雜結(jié)構(gòu)流場(chǎng)時(shí)會(huì)遇到難以兼顧的問(wèn)題。若將時(shí)間間隔設(shè)定的較大,適合流場(chǎng)中低速區(qū)域的測(cè)量時(shí),高速區(qū)域粒子在這一段時(shí)間內(nèi)逸出圖像采集系統(tǒng)的成像范圍從而造成錯(cuò)誤匹配得出錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果。若將時(shí)間間隔設(shè)定的較小,適合流場(chǎng)中高速區(qū)域的測(cè)量時(shí),低速區(qū)域

5、的粒子在這一段時(shí)間內(nèi)的位移極小,難以得到令人滿(mǎn)意的測(cè)量結(jié)果。針對(duì)這一課題本項(xiàng)目研究提出采用連續(xù)多時(shí)間間隔合成處理技術(shù),解決DPIV在復(fù)雜結(jié)構(gòu)流場(chǎng)測(cè)量中因流速跨度大而造成的測(cè)量精度下降或是測(cè)量無(wú)效等問(wèn)題。
　　 本論文詳細(xì)研究了粒子圖像匹配的算法,并選取頻域互相關(guān)算法為核心編寫(xiě)了應(yīng)用于基于多光譜成像的DPIV測(cè)量系統(tǒng)的軟件。由于復(fù)雜結(jié)構(gòu)流場(chǎng)中高速區(qū)與低速區(qū)混雜,現(xiàn)有的錯(cuò)誤矢量的自動(dòng)檢測(cè)算法在復(fù)雜結(jié)構(gòu)流場(chǎng)的測(cè)量中并不適用。本論文根據(jù)