白光纹影的流场检测及信息处理.docxVIP

第25卷第4期2006年12月计 算 技 术 与 自 动 化Computing Technology and AutomationVol125,No14Dec. 2 0 06文章编号 :1003 - 6199 (2006) 04 - 0182 - 04白光纹影的流场检测及信息处理黄爱华1 ,杨钧2(1. 广东工业大学信息工程学院,广东广州 510643;2.广东工业大学自动化学院,广东广州 510643)摘要:介绍白光纹影流场检测系统的组成,测量原理和计算分析,并以酒精灯火焰和电吹风作为测试 段的扰动场得到实验结果。纹影法的原理是用刀口在焦点处去切割光源像,把光线受流场的扰动转变为记 录平面上的光强分布,从而对流场进行显示和测量。关键词:白光纹影系统;流场;纹影图中图分类号 :TP274文献标识码:AWhite Light Schlieren’s Flo wFieldMeasurementand Inf ormation ProcessingHUANGAi2Hua1 , YANYJun2(1. Faculty of Information Engineering , Guangdong University of Technology Guangzhou 510643 ,China;2. Faculty of Automation , Guangdong University of Technology Guangzhou 510643,China)Abstract : The paper introduces the system constitution、measurement principle and calculation analysis of the whitelightschlierenexperimentalsystem,andtheresultsareobtainedbyusingalcoholbumerandelectricorierasperturbationfieldoftestsegment. The schlieren’s principle is that lamp - house image is incised by knife - edge at fouse. , and it makes the perturbationray of light by flow field into light intensity distribution on flat surface , consequently the flow field is displayed and scaled.Key words :white light schlieren system ; flow field ; schlierenfigure1引言流场检测通常包括对流体的速度、温度、密度和物质组成等物理量的大小及分布的测量。它是研究流体力学和工程热物理的重要手段,在航空, 航天,内燃机,燃烧,化工,热工以及大气物理等领域有重要意义,广泛用于观测气流的边界层,燃烧 气体内的冷热对流以及风洞或水洞流场。流场显示和测量的最常用的光学方法是纹影仪系统,纹影技术包括黑白纹影法,彩色纹影法和 干涉纹影法。它是利用光在被测流场中的折射率梯度正比于流场的气流密度的基本原理进行测量的测量方法。由于没有扰动流场的测试探头,光线对待测的温度场,浓度场,速度场均无干扰作用,因 此可以研究动态过程。尤其随着计算机图象处理技术的发展,纹影技术在流场显示和定量测量方面 也得到了相应的发展。本文介绍了白光纹影测量系统的组成,测量原 理与实验分析。2 系统的组成及光路系统由纹影仪和信息处理系统组成,纹影仪形 成测试区(如温度场、密度场等)的纹影图,由CCD探测器将其转换成视频信号输入到带有图象采集卡的计算机中,进行定性或定量分析,从而可以得 到流场的有关信息。本系统主要包括:①光纤白光光源;②光纤;③收稿日期 :2006 - 08 - 30第25卷第4期黄爱华等:白光纹影的流场检测及信息处理183聚光镜;④可调光栏;⑤Ф120f400组合镜;⑥测试 区;⑦刀口或三色滤光;⑧成像屏;⑨CCD探测器⑩带图象采集卡的计算机。 典型实验光路如图1所示。图 1 典型实验光路示意图3测量的基本原理及计算分析311纹影法的基本原理纹影法的基本原理是用刀口或三色滤光片在 焦点处去切割光源像,把光线受流场的扰动转变为 记录平面上的光强分布。由于从光源发出的光线在通过气流密度不均匀区会发生偏转,刀口切割光 源像的程度将取决于气流折射率