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用于高速复杂流场的数字粒子图像测速系统

李志平  李恩邦  李淳  唐春晓  
【摘要】:数字粒子图像测速技术(DPIV)是利用图形图像处理技术发展起来的一种流动测量技术。为实现对高速流场的测量,必须解决如何记录两幅时间间隔很小的CCD图像的问题。目前采用的跨帧技术通过控制激光脉冲与CCD的同步和延时,可实现的最小脉冲间隔为微秒量级,可以满足亚音速范围的流场测量。但是以帧转移方法为基础实现的跨帧技术在目前CCD技术水平上再进一步压缩两帧之间的时间问隔十分困难,代价极大。本文介绍的数字图像测速系统在激光照明部分使用三种不同波长的、在时间上完全独立的、时序由同步电路精确控制并任意设定的脉冲激光器;在图像记录部分采用光学方法将粒子对三种不同波长的照明光产生的散射光进行分离并将它们分别导向三只独立的CCD,通过精确定位使三只CCD的每个像素相对应,并在CCD之前放置分光光学系统,使每一只CCD只记录与其对应的波长光照明的粒子图像。因此相继两幅粒子图像之间的时间间隔完全由激光脉冲之间的时间间隔决定,而不受单个CCD帧转移时间的限制,使互相关DPIV的测量上限不再受跨帧CCD的限制。这种数字图像测速系统突破了目前由跨帧技术可实现的最小脉冲间隔时间而造成的可测流速极限,解决DPIV在复杂结构流场测量中因流速梯度大而造成的测量精度下降或是测量无效等问题,使DPIV在真正意义上适用于高速复杂结构流场测量。

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