爆震火焰温度测量方法技术

本发明专利技术公开了一种爆震火焰温度测量方法，用于解决现有火焰温度测量方法精度差的技术问题。技术方案是利用红外光谱仪获取脉冲爆震发动机被测位置处的尾焰温度，完整的获得火焰的温度场，再利用高速摄影机对相同位置处的尾焰进行拍摄获得瞬态火焰图像，使火焰脉动对图像的影响减小。对火焰图像进行分析处理，然后利用红外光谱仪所测得火焰温度对不同拍摄频率、曝光时间设置下的高速摄影结果进行修正。最后用标定好系数的高速摄影机对爆震火焰进行拍摄，再对已经获得的爆震火焰图像进行处理，得到脉冲爆震发动机内的燃烧温度场。由于使用高速摄影机获取火焰的瞬态图像，进而对图像进行滤波去噪处理，提高了爆震火焰温度测量的精度。

【技术实现步骤摘要】
爆震火焰温度测量方法
本专利技术涉及一种火焰温度测量方法，特别是涉及一种爆震火焰温度测量方法。
技术介绍
文献“TemperatureEstimationofVisibleHeatSourcesbyDigitalPhotographyandImageProcessing,IEEE,Vol.59,p1167-1173”公开了一种基于数字图像测量本生灯火焰温度的方法。该方法先利用CCD相机对本生灯图像进行拍照，在拍照的同时，用热电偶去测量不同点的温度。然后将图像分为红、绿、蓝三基色再用比色测温方法进行数字处理。将用数字图像处理得出的温度与热电偶测出的温度进行对比与误差分析。该方法较精确的测出了火焰的温度，与热电偶测出的温度值相差较小，较好的放映了火焰的真实温度。文献所述方法通过普通CCD相机对火焰进行拍摄，火焰脉动对实验影响很大，不能测量传播速度高的火焰。热电偶测温有上限且只能反映火焰的单点温度值而不能反映火焰的整个温度场，很难与数字图像测出的温度进行对照。此外，热电偶的灵敏度有限，测量传播速度高的火焰时会出现滞后效应，影响精度。因此，文献所述方法很难对传播速度和温度极高的爆震火焰进行测量。
技术实现思路
为了克服现有火焰温度测量方法精度差的不足，本专利技术提供一种爆震火焰温度测量方法。该方法首先利用红外光谱仪获取脉冲爆震发动机被测位置处的尾焰温度，完整的获得火焰的温度场。同时利用高速摄影机对相同位置处的尾焰进行拍摄获得瞬态火焰图像，使火焰脉动对图像的影响大幅度减小。对火焰图像进行分析处理，然后利用红外光谱仪所测得火焰温度对不同拍摄频率、曝光时间设置下的高速摄影结果进行修正，完成修正系数的标定。最后用标定好系数的高速摄影机对爆震火焰进行拍摄，再对已经获得的爆震火焰图像进行处理以得到脉冲爆震发动机内的燃烧温度场。由于使用高速摄影机获取火焰的瞬态图像，使得火焰脉动对图像的影响降低。在处理图像时，进行了滤波去噪处理，使噪声对测温的影响降低，可以提高爆震火焰温度测量精度。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种爆震火焰温度测量方法，其特点是采用以下步骤：步骤1：在脉冲爆震发动机的爆震管5出口火焰处放置一台红外光谱仪2和一台准备标定的高速摄影机1。固定整个系统不动，控制火花塞3点火起爆，用红外光谱仪2获得不同时刻爆震燃烧尾焰温度，同时高速摄影机捕获同一位置处此时此刻的尾焰图像。步骤2：设置高速摄影机拍摄参数，获取系统修正系数K并对系统修正系数进行标定。步骤2.1：设定高速摄影机的拍摄频率为f，曝光时间为t。采用比色公式获取系统修正系数K，其中，C2为普朗克第二辐射常数，λr为红光波长，λg为绿光波长，R，G分别为红光分量与绿光分量的辐射强度。步骤2.2：将脉冲爆震发动机点火，高速摄影机和红外光谱仪同时工作。在相同的时间下，取出高速摄影拍摄的图像和红外光谱仪的温度测量值，在照片上选取n个点并将这n个点的R、G灰度值和这n个点在红外光谱仪中对应的温度代入步骤2.1的公式中，得到与之相应的K值。测量中会存在误差，K值并不唯一。如果取所有K值的平均数会使误差较大，所以用最小二乘法得出K与R/G的线性关系，即R/G是K的一个一次函数。将其代入步骤2.1的公式中，采用公式对系统修正系数进行标定。步骤3：在脉冲爆震发动机的燃烧室主燃区开设一段透明的石英观察窗4，将标定好的高速摄影机放置于石英窗前，脉冲爆震发动机点火起爆后，用高速摄影机拍摄爆震燃烧火焰。步骤4：在拍摄好的图像中选取不同时刻的火焰图像。在MATLAB中使用imread命令打开图像。用MATLAB中自带的imfilter滤波器，选择average进行均值滤波。再用dftfilt命令进行频域区的低通滤波器去除高频分量。步骤5：爆震火焰温度场的建立。在MATLAB中打开滤波后的爆震火焰图像。使用分离命令将滤波后的爆震火焰图像分为R、G、B三个分量的矩阵。用R矩阵点除G矩阵得出R/G的矩阵。代入步骤2.1中的公式获得每个像素上的温度值。最后，将所有像素点对应的温度值组合成温度场的图形。本专利技术的有益效果是：该方法首先利用红外光谱仪获取脉冲爆震发动机被测位置处的尾焰温度，完整的获得火焰的温度场。同时利用高速摄影机对相同位置处的尾焰进行拍摄获得瞬态火焰图像，使火焰脉动对图像的影响大幅度减小。对火焰图像进行分析处理，然后利用红外光谱仪所测得火焰温度对不同拍摄频率、曝光时间设置下的高速摄影结果进行修正，完成修正系数的标定。最后用标定好系数的高速摄影机对爆震火焰进行拍摄，再对已经获得的爆震火焰图像进行处理以得到脉冲爆震发动机内的燃烧温度场。由于使用高速摄影机获取火焰的瞬态图像，使得火焰脉动对图像的影响降低。在处理图像时，进行了滤波去噪处理，使噪声对测温的影响降低，提高了爆震火焰温度测量的精度。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细说明。附图说明图1是本专利技术爆震火焰温度测量方法用测量装置示意图。图2是本专利技术爆震火焰温度测量方法的流程图。图中，1-准备标定的高速摄影机，2-红外光谱仪，3-火花塞，4-石英窗，5-爆震管。具体实施方式参照图1-2。本专利技术爆震火焰温度测量方法具体步骤如下：步骤1：爆震实验台的搭建。在脉冲爆震发动机的爆震管5出口火焰处放置一台红外光谱仪2和一台准备标定的高速摄影机1。固定整个系统不动。控制火花塞3点火起爆，用红外光谱仪2获得不同时刻爆震燃烧尾焰温度，同时高速摄影机捕获同一位置处此时此刻的尾焰图像。步骤2：实验的标定。实现高速摄影机拍摄参数的设置以及对测温公式中K值的获取与标定。步骤2.1：修正系数的获取。设定高速摄影机的拍摄频率f为3000Hz，曝光时间t为500ms。采用比色公式获取系统修正系数K。其中，C2为普朗克第二辐射常数，λr为红光波长，λg为绿光波长，R，G分别为红光分量与绿光分量的辐射强度。步骤2.2：修正系数的标定。将脉冲爆震发动机点火，高速摄影机和红外光谱仪同时工作。在相同的时间下，取出高速摄影照出的图像和与之对应的红外光谱仪得出的温度测量值，在照片上选取10个点并将这10个点的R、G灰度值和这10个点在红外光谱仪中对应的温度代入步骤2.1的公式中，得到与之相应的K值。测量中会存在误差，K值并不唯一。如果取所有K值的平均数会使误差较大，所以用最小二乘法得出K与R/G的线性关系，即R/G是K的一个一次函数。将其代入步骤2.1的公式中可知与T有关的唯一变量就是R/G，采用公式对系统修正系数进行标定。步骤3：爆震火焰图像的获取。在脉冲爆震发动机的燃烧室主燃区开设一段透明的石英观察窗4，将标定好的高速摄影机放置于石英窗前，脉冲爆震发动机点火起爆后，用高速摄影机拍摄爆震燃烧火焰。步骤4：图像选取与处理。因为在黑暗环境下拍摄，感光度的提高会不可避免的产生噪声。在拍摄好的图像中选取不同时刻的火焰图像。在MATLAB中使用imread命令打开图像。用MATLAB中自带的imfilter滤波器，选择average进行均值滤波。再用dftfilt命令进行频域区的低通滤波器去除高频分量。步骤5：爆震火焰温度场的建立。每种颜色都可以由不同比例的R、G、B即红色、绿色、蓝色三种颜色按照不同的比例给出。在MATLAB中打开滤波后的爆震火焰图像。使用分离命令将滤波后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种爆震火焰温度测量方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：在脉冲爆震发动机的爆震管(5)出口火焰处放置一台红外光谱仪(2)和一台准备标定的高速摄影机(1)；固定整个系统不动，控制火花塞(3)点火起爆，用红外光谱仪(2)获得不同时刻爆震燃烧尾焰温度，同时高速摄影机捕获同一位置处此时此刻的尾焰图像；步骤2：设置高速摄影机拍摄参数，获取系统修正系数K并对系统修正系数进行标定；步骤2.1：设定高速摄影机的拍摄频率为f，曝光时间为t；采用比色公式获取系统修正系数K，其中，C2为普朗克第二辐射常数，λr为红光波长，λg为绿光波长，R，G分别为红光分量与绿光分量的辐射强度；步骤2.2：将脉冲爆震发动机点火，高速摄影机和红外光谱仪同时工作；在相同的时间下，取出高速摄影拍摄的图像和红外光谱仪的温度测量值，在照片上选取n个点并将这n个点的R、G灰度值和这n个点在红外光谱仪中对应的温度代入步骤2.1的公式中，得到与之相应的K值；测量中会存在误差，K值并不唯一；如果取所有K值的平均数会使误差较大，所以用最小二乘法得出K与R/G的线性关系，即R/G是K的一个一次函数；将其代入步骤2.1的公式中，采用公式对系统修正系数进行标定；步骤3：在脉冲爆震发动机的燃烧室主燃区开设一段透明的石英观察窗(4)，将标定好的高速摄影机放置于石英窗前，脉冲爆震发动机点火起爆后，用高速摄影机拍摄爆震燃烧火焰；步骤4：在拍摄好的图像中选取不同时刻的火焰图像；在MATLAB中使用imread命令打开图像；用MATLAB中自带的imfilter滤波器，选择average进行均值滤波；再用dftfilt命令进行频域区的低通滤波器去除高频分量；步骤5：爆震火焰温度场的建立；在MATLAB中打开滤波后的爆震火焰图像；使用分离命令将滤波后的爆震火焰图像分为R、G、B三个分量的矩阵；用R矩阵点除G矩阵得出R/G的矩阵；代入步骤2.1中的公式获得每个像素上的温度值；最后，将所有像素点对应的温度值组合成温度场的图形。...

【技术特征摘要】
1.一种爆震火焰温度测量方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：在脉冲爆震发动机的爆震管(5)出口火焰处放置一台红外光谱仪(2)和一台准备标定的高速摄影机(1)；固定整个系统不动，控制火花塞(3)点火起爆，用红外光谱仪(2)获得不同时刻爆震燃烧尾焰温度，同时高速摄影机捕获同一位置处此时此刻的尾焰图像；步骤2：设置高速摄影机拍摄参数，获取系统修正系数K并对系统修正系数进行标定；步骤2.1：设定高速摄影机的拍摄频率为f，曝光时间为t；采用比色公式获取系统修正系数K，其中，C2为普朗克第二辐射常数，λr为红光波长，λg为绿光波长，R，G分别为红光分量与绿光分量的辐射强度；步骤2.2：将脉冲爆震发动机点火，高速摄影机和红外光谱仪同时工作；在相同的时间下，取出高速摄影拍摄的图像和红外光谱仪的温度测量值，在照片上选取n个点并将这n个点的R、G灰度值和这n个点在红外光谱仪中对应的温度代入步骤2.1的公式中，得到与之相应的K值；测量中会存在误差，K值并不唯一；如果取所有K值的平均数会使误差较大，所以用最小二乘法得出K与R/G的线性关系，即R/G是K的一个一次函数；将其代入步骤2.1的公式中，采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄希桥，李墨祺，郑龙席，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61