[发明专利]一种用于流场速度测量的特征信号图像法及测量系统

权利要求书

1.一种用于流场速度测量的特征信号图像法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤100，利用高速摄像机连续拍摄射流流场的光强波动图像，然后发送至计算机利用图像分析软件进行处理；

步骤200，在不同时间点分别选取每帧图像上射流流场轴向序列的测量点，再获取每帧图像上射流流场各空间序列点的光强，然后根据时间点的先后顺序建立各空间序列点上光强的时间序列；

步骤300，采用快速傅立叶变换处理各空间序列点光强的时间序列，用提取的频率与相邻空间序列点上光强波动的相位差相比，得到两者的时间差，再代入两点间平均速度公式，即可得到各帧图像上各空间序列点上射流速度分布的结果：

步骤400，利用前述步骤再计算各帧图像不同径向位置的轴向空间序列点上射流速度分布的结果，即可得到全射流流场每个空间位置的流动速度。

2.如权利要求1所述的特征信号图像法，其特征在于：

构成所述射流流场的流体自带特征信号或外加特征信号。

3.如权利要求2所述的特征信号图像法，其特征在于：

所述流体为发光流体。

4.如权利要求3所述的特征信号图像法，其特征在于：

所述的发光流体为3-氨基邻苯二甲酰肼。

5.如权利要求3所述的特征信号图像法，其特征在于：

所述流体为常压环境下的亚声速和超声速流体，或为稀薄气体环境下或高气压环境下的亚声速和超声速流体，或带电流体。

6.如权利要求1所述的特征信号图像法，其特征在于：

所述步骤300中，设提取频率为f_H，相邻空间序列点在所述射流流场中的间距为ΔZ，获得相邻ΔZ空间序列点上光强波动的相位差为则时间差的计算公式为:

代入

即可得到各帧图像上各空间序列点上射流速度分布的结果。

7.如权利要求1所述的特征信号图像法，其特征在于：

得到的流动速度中的时间精度为：

空间精度为：

对射流流场时空稳定性的要求为：

对特征信号的分辩要求为：

其中，f_s为射流流场波动频率，f_a为高速摄像机帧率，υ为射流流场速度，N为采样数。

8.一种权利要求1所述特征信号图像法的测量系统，其特征在于，包括：计算机、高速摄像机、真空室、示波器、函数信号发生器和等离子体电源；其中高速摄像机用于拍摄真空室内的射流光强波动，其分别与计算机和函数信号发生器连接，示波器分别与函数信号发生器和真空室连接，等离子体电源为真空室供电。

9.根据权利要求8所述的测量系统，其特征在于，

所述函数信号发生器同时输出两路TTL电平信号触发所述高速摄像机与所述示波器以同步采集数据。