一种液态水含量测量方法技术

本发明专利技术公开了一种液态水含量测量方法，涉及冰风洞试验技术领域。所述液态水含量测量方法包含以下步骤：S1，选取试验测量杆；S2，在所述测量杆的一端放置凸透镜，另一端放置图像传感器，所述图像传感器通过数据线与计算机处理系统连接，在所述凸透镜远离所述图像传感器的一侧设置有点光源；S3，采用风速测量仪测量出所述冰风洞试验段的风速；S4，将所述图像传感器接收到的光信号转换为数字信号，并传递给所述计算机处理系统；S5，利用所述计算机处理系统计算冰层的厚度；S6，计算气流的液态水含量。本发明专利技术的有益效果在于：光信号被遮挡区域随着积冰厚度的变化而变化，可实现液态水含量的实时测量，适用结冰环境范围广，结构简单，测量精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及冰风洞试验
，具体涉及一种液态水含量测量方法。
技术介绍
试验冰风洞内的液态水含量测量是试验过程中一个关键环节，能否精确测量结冰环境的液态水含量对防冰结果分析尤为重要。国内外测量液态水含量的方法多种多样，例如圆盘冰厚测量方法、热线测量方法、超声波测量方法、总压管测量方法和PDPA测量方法。圆盘冰厚测量方法通常是人工测量，人工测量误差较大；热线测量方法结构复杂，对流场的均匀性要求较高，对大直径过冷水滴测量误差较大；超声波测量方法受环境噪声的影响较大，测量准确性较差；总压管测量方法是基于重量增加和时间平均的方法，测量效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种液态水含量测量方法，以解决或至少减轻
技术介绍
中所存在的至少一处的问题。本专利技术采用的技术方案是：提供一种液态水含量测量方法，包含以下步骤：S1，选取试验测量杆，并将所述测量杆放置在冰风洞试验段；S2，在所述测量杆的一端放置凸透镜，另一端放置图像传感器，所述图像传感器通过数据线与计算机处理系统连接，在所述凸透镜远离所述图像传感器的一侧设置有点光源；S3，采用风速测量仪测量出所述冰风洞试验段的风速；S4，在给定时间段内，采用所述图像传感器测量平行光源未被所述测量杆表面前缘积冰遮挡的光信号，通过数字采集系统将所述图像传感器接收到的光信号转换为数字信号，并传递给所述计算机处理系统；S5，利用所述计算机处理系统计算冰层的厚度；S6，通过步骤S5中的所述冰层的厚度及步骤S2中所述冰风洞试验段的风速，计算气流的液态水含量。优选地，在步骤S4中，采用所述图像传感器测量平行光源未被所述测量杆表面前缘积冰遮挡的光信号，具体为，以所述测量杆的外表面作为坐标原点，所述冰层遮挡的区域不会有光信号被所述图像传感器接收，所述图像传感器在所述冰层的对应区域没有数字信号，利用所述计算机处理系统计算该区域的结冰厚度。优选地，在步骤S6中，所述液态水含量的具体算法为，其中，LWC——液态水含量，kg/m3；ρ冰——结冰密度，kg/m3；δ——结冰厚度，m；t——结冰时间，s；v——气流速度，m/s；β——局部水收集系数，前缘驻点取1。优选地，在步骤S1中，所述测量杆选取圆柱杆，所述圆柱杆的直径范围为8mm～18mm，所述圆柱杆的长度为15cm～25cm。优选地，在步骤S4中，所述给定时间段为30秒～60秒。优选地，在步骤S2中，所述图像传感器采用CCD图像传感器。优选地，在步骤S2中，所述点光源设置在所述凸透镜的聚焦点上。本专利技术的有益效果在于：本专利技术液态水含量测量方法光信号被遮挡区域随着积冰厚度的变化而变化，可以实现液态水含量的实时在线测量，可适用的结冰环境范围广，结构简单，测量精度高。附图说明图1是本专利技术一实施例的液态水含量测量方法的流程图。图2是图1所示液态水含量测量方法的测量装置示意图。其中，1-点光源，2-凸透镜，3-冰层，4-测量杆，5-图像传感器，6-数据线，7-计算机处理系统。具体实施方式为使本专利技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术保护范围的限制。如图1、图2所示，一种液态水含量测量方法，包含以下步骤：S1，选取试验测量杆4，并将测量杆4放置在冰风洞试验段。在本实施例中，测量杆4选取圆柱杆，圆柱杆的直径为14mm，长度为20cm。可以理解的是，所述圆柱杆的直径还可以根据实际情况设定，例如，在一个备选实施例中，圆柱杆的直径设定为10mm，长度为16mm；在另一个备选实施例中，圆柱杆的直径设定为16mm，长度为22cm；且圆柱杆的直径可以在8mm～18mm之间设定设定，圆柱杆的长度可以在15cm～25cm之间任意设定。其优点在于，圆柱杆对于气流的扰流影响较小，有利于提高试验精度。另外，圆柱杆的直径及长度必须控制在合适的范围内，圆柱杆太细太长则容易发生弯曲，影响测量精度，圆柱杆太粗则容易对气流产生扰流。圆柱杆的直径及长度在所述范围内选取，可以保证测量杆的刚性，进而保证测量精度。S2，在测量杆4的一端放置凸透镜2，另一端放置图像传感器5，图像传感器5通过数据线6与计算机处理系统7连接，在凸透镜2远离图像传感器5的一侧设置有点光源1。图像传感器5的光信号分辨率决定液态水含量的测量精确度，可以根据试验精度要求选择分辨率合适的图像传感器。在本实施例中，图像传感器采用CCD图像传感器。选用CCD图像传感器的优点在于，高解析度：像点的大小为μm级，可感测及识别精细物体，像素数目可达到400～500万像素，提高影像品质；低杂讯，高敏感度：CCD具有很低的读出杂讯和暗电流杂讯，因此提高了信噪比(SNR)，同时又具高敏感度，很低光度的入射光也能侦测到，其讯号不会被掩盖，使CCD的应用较不受天候拘束；动态范围广：同时侦测及分辨强光和弱光，提高系统环境的使用范围，不因亮度差异大而造成信号反差现象；良好的线性特性曲线：入射光源强度和输出讯号大小成良好的正比关系，物体资讯不致损失，降低信号补偿处理成本；高光子转换效率：很微弱的入射光照射都能被记录下来，若配合影像增强管及投光器，即使在暗夜远处的景物仍然还可以侦测得到；大面积感光：利用半导体技术已可制造大面积的CCD晶片；光谱响应广：能检测很宽波长范围的光，增加系统使用弹性，扩大系统应用领域；低影像失真：使用CCD感测器，其影像处理不会有失真的情形，使原物体资讯忠实地反应出来；体积小、重量轻：CCD具备体积小且重量轻的特性；低秏电力、不受强电磁场影响；电荷传输效率佳：该效率系数影响信噪比、解像率，若电荷传输效率不佳，影像将变较模糊；可大批量生产，品质稳定，坚固，不易老化，使用方便及保养容易。在本实施例中，点光源1设置在凸透镜2的聚焦点上。S3，采用风速测量仪测量出所述冰风洞试验段的风速。S4，在给定时间段内，采用图像传感器5测量平行光源未被测量杆4表面前缘积冰遮挡的光信号，通过数字采集系统将图像传感器5接收到的光信号转换为数字信号，并传递给计算机处理系统7。在本实施例中，所述给定时间段为30秒～60秒。其优点在于，如果时间太短，可能会出现冰层结晶量太薄，对测量误差影响较大，如果时间太长，则可能会出现冰层结晶厚度太厚，影响测量结果。而本实施例中所给出的给定时间段是通过长期试验积累的经验，具有较高的试验可信度。S5，利用计算机处理系统7计算冰层3的厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液态水含量测量方法，其特征在于，包含以下步骤：S1，选取试验测量杆(4)，并将所述测量杆(4)放置在冰风洞试验段；S2，在所述测量杆(4)的一端放置凸透镜(2)，另一端放置图像传感器(5)，所述图像传感器(5)通过数据线(6)与计算机处理系统(7)连接，在所述凸透镜(2)远离所述图像传感器(5)的一侧设置有点光源(1)；S3，采用风速测量仪测量出所述冰风洞试验段的风速；S4，在给定时间段内，采用所述图像传感器(5)测量平行光源未被所述测量杆(4)表面前缘积冰遮挡的光信号，通过数字采集系统将所述图像传感器(5)接收到的光信号转换为数字信号，并传递给所述计算机处理系统(7)；S5，利用所述计算机处理系统(7)计算冰层(3)的厚度；S6，通过步骤S5中的所述冰层(3)的厚度及步骤S2中所述冰风洞试验段的风速，计算气流的液态水含量。

【技术特征摘要】
1.一种液态水含量测量方法，其特征在于，包含以下步骤：S1，选取试验测量杆(4)，并将所述测量杆(4)放置在冰风洞试验段；S2，在所述测量杆(4)的一端放置凸透镜(2)，另一端放置图像传感器(5)，所述图像传感器(5)通过数据线(6)与计算机处理系统(7)连接，在所述凸透镜(2)远离所述图像传感器(5)的一侧设置有点光源(1)；S3，采用风速测量仪测量出所述冰风洞试验段的风速；S4，在给定时间段内，采用所述图像传感器(5)测量平行光源未被所述测量杆(4)表面前缘积冰遮挡的光信号，通过数字采集系统将所述图像传感器(5)接收到的光信号转换为数字信号，并传递给所述计算机处理系统(7)；S5，利用所述计算机处理系统(7)计算冰层(3)的厚度；S6，通过步骤S5中的所述冰层(3)的厚度及步骤S2中所述冰风洞试验段的风速，计算气流的液态水含量。2.如权利要求1所述的液态水含量测量方法，其特征在于：在步骤S4中，采用所述图像传感器(5)测量平行光源未被所述测量杆(4)表面前缘积冰遮挡的光信号，具体为，以所述测量杆(4)的外表面作为坐标原点，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建军，丁立，袁美名，刘国朝，李云单，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21