一种基于磁阻效应的流场成像系统及成像方法技术方案

为了提高流场成像设备的精度和降低设备成本，本发明专利技术记载了一种基于磁阻效应的流场成像系统及成像方法，包括电源、磁场发生模块、多个磁场感测模块，分析电路模块、信号转换模块、成像模块、磁性感应颗粒；所述电源与磁场发生模块连接，所述磁场发生模块包围待测空间，所述待测空间内设有多个阵列，在多个阵列中均设置有所述多个磁场感测模块，所述多个磁场感测模块的输出端分别与分析电路模块的输入端连接，所述分析电路模块的输出端与信号转换模块和成像模块的输入端连接，所述信号转换模块的输出端与成像模块的输入端连接，所述磁性感应颗粒均匀分布在待测空间内。本发明专利技术属于成像技术领域，具有设备构造简单易实现，操作分析简单方便的优点。

A Flow Field Imaging System and Method Based on Magnetoresistance Effect

In order to improve the accuracy of flow field imaging equipment and reduce the cost of equipment, the invention describes a flow field imaging system and imaging method based on magnetoresistance effect, including power supply, magnetic field generation module, multiple magnetic field sensing module, analysis circuit module, signal conversion module, imaging module and magnetic induction particle; the power supply is connected with magnetic field generation module, and the magnetic field generation module is modeled. Blocks surround the space to be measured. A plurality of arrays are arranged in the space to be measured, and the plurality of magnetic field sensing modules are arranged in the plurality of arrays. The output terminals of the plurality of magnetic field sensing modules are respectively connected with the input terminals of the analysis circuit module, the output terminals of the analysis circuit module are connected with the input terminals of the signal conversion module and the imaging module, and the output terminals of the signal conversion module are connected with each other. Connected with the input end of the imaging module, the magnetic induction particles are evenly distributed in the space to be measured. The invention belongs to the field of imaging technology, and has the advantages of simple device construction, easy operation and analysis.

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁阻效应的流场成像系统及成像方法
本专利技术属于成像
，具体而言，涉及一种基于磁阻效应的流场成像系统及成像方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，人们对水力学、空气动力学等流体力学相关学科的依赖程度越来越高。无论从航空航天，船舶潜艇等军工领域，还是食品医药，道路桥梁等民生板块，都要求对物体所处的流动环境有越来越科学的定性认识和越来越精细的定量分析。通常获得流场的定量信息的方式有两种：实验测量和数值模拟。目前，基于激光技术，核磁共振等原理的图像测速技术发展迅速，特别是在流速的测量上有明显的优势。典型以激光技术为基础的粒子图像测速(particleimagevelocimetry，PIV)是上世纪80年代逐步发展起来的流动测量技术；PIV硬件系统包括示踪粒子、光源、光路、相机、镜头；PIV技术对示踪粒子的跟随性和散光性，光源的准直性，光路的稳定性，以及相机都有较高的要求；其实无论是激光技术还是核磁共振，其测量精度较低，成本价格一直居高不下，限制了流场成像技术的进一步发展。因此，从流场成像技术的拓展，设备精度的提高，设备成本的降低等多方面考虑，需要一种新型的流场成像技术，具体来说是一种基于磁阻效应的流场成像技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于磁阻效应的流场成像系统及成像方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种基于磁阻效应的流场成像系统，包括电源、磁场发生模块、多个磁场感测模块，分析电路模块、信号转换模块、成像模块、磁性感应颗粒；所述分析电路模块的输出端分为输出端口I和输出端口II；所述成像模块的输入端分为输入端口I和输入端口II；所述电源与磁场发生模块连接，所述磁场发生模块包围待测空间，所述待测空间内设有多个阵列，所述多个阵列中均设置有所述多个磁场感测模块，所述多个磁场感测模块的输出端分别与所述分析电路模块的输入端连接，所述分析电路模块的输出端口I与成像模块的输入端口I连接，所述分析电路模块的输出端口II与所述信号转换模块的输入端连接，所述信号转换模块的输出端与成像模块的输入端口II连接；所述磁性感应颗粒均匀分布在待测空间内。进一步的，所述磁场发生模块为亥姆霍兹线圈，所述亥姆霍兹线圈匝数和直径由待测空间的大小决定。进一步的，所述磁场感测模块包括磁强计和处理器I，所述磁强计与处理器I连接，所述磁强计中的磁致电阻原件测量待测空间的由磁场变化引起的电阻变化，所述处理器I将磁强计测量的电阻变化信号整理成数据信息，并转换成电路信号。进一步的，所述分析电路模块包括信号放大电路、逻辑运算电路和信号处理电路，所述信号放大电路与逻辑运算电路连接，所述逻辑运算电路与所述信号处理电路连接，并通过模拟开关相连，所述信号放大电路将得到的电阻改变的电路信号放大，放大后的信号通过信号处理电路和逻辑运算电路进行整理和分区并转换成磁场信号。进一步的，所述信号转换模块包括运算器和处理器II，所述运算器连接处理器II，运算器计算空间瞬态磁场和流场信号，处理器II将瞬态磁场信号整理成计算机可读数字信号。进一步的，所述成像模块包括处理器III和显示器，所述处理器III和显示器连接，所述处理器III将磁场信号和流场信号整理成计算机可读的数字信号，所述显示器用于显示图像。进一步的，所述磁场感应颗粒为形貌和大小均相同的氧化铁、氧化钴或氧化镍颗粒。进一步的，所述待测空间的三维尺寸都小于10cm，所述磁性感应颗粒直径为50-100nm，所述磁性感应颗粒的饱和磁化率小于20emu/g。进一步的，所述待测空间的三维尺寸有都大于10cm，所述磁性感应颗粒直径为100-300nm，所述磁性感应颗粒的饱和磁化率小于50emu/g。一种基于上述系统实现磁阻效应的流场成像方法，其方法步骤如下：步骤一：打开电源，启动磁场发生模块，当待测空间中无磁性感应颗粒，待测空间中不同的磁场感测模块针对空间中的每个位置在一段时间内重复测量并且取算术平方根，并与标准磁场对比，不符合误差条件时用校准调整电路进行校准；校准后，再将磁性感应颗粒放入待测空间，磁性感应颗粒受磁场作用磁化产生感应磁场，磁场感测模块阵列响应于待测空间内磁场感应颗粒产生的磁场与磁场发生模块产生的磁场的叠加场而感测相应的矢量磁场分量，获得动态的局域磁场数据；步骤二：分析电路模块中，系统程序从数据库中读取局域磁场数据，从空间点的局域磁场数据中根据设定的等值面值搜索等值面，并把等值面多边形上的顶点和顶点法向进行存储；数据分析处理的基本单位是空间立方体单元，选取相邻二维空间上的各四个点组成空间立方体单元上的八个顶点，先逐个处理所有的空间立方体单元的磁场数据，判断空间立方体单元的八个顶点是否超越等值面，根据插值计算方法计算出超越等值面立方体单元的等值面与立方体边的交点；再根据立方体单元每个顶点与等值面的相对空间位置，将等值面与立方体边的交点依次连接生成等值面；利用中心差分方法，求出立方体单元与等值面的各交点处的法向方向，再通过线性插值方法，计算各顶点处的法向方向；根据各顶点的坐标值及法向量绘制磁场等值面图像；将磁场信号整理成计算机可读的数字信号，在成像模块中显示图像；步骤三：在信号转换模块中，将步骤一中的局域磁场数据转换为速度信号；空间某点的磁场大小的改变由该处磁性感应颗粒的速度大小确定，磁场方向的变化由该处磁性感应颗粒的速度方向确定，将空间该点前后两个时刻的磁场做插值计算可以得到磁场的关系式，此关系式是通过步骤二中空间磁场图像得到的磁场的变化函数，磁场关系式与磁性颗粒流动方程耦合求解可得该处颗粒的速度大小和方向，即流场数据；再根据欧拉法或者拉格朗日法求出空间某点在不同时刻的速度以及某时刻空间的流场分布；并在成像模块将流场信号整理成计算机可读的数字信号，并显示流场图像。进一步的，在步骤一中，矢量磁场分量的获取方法包括：同一时刻不同磁场感测模块测得同一空间点的磁场数据能得到该点在该时刻精确的矢量磁场分量；不同时刻同一磁场感测模块测得同一空间点的磁场数据能得到该点在一段时间内连续的矢量磁场分量。进一步的，步骤二中，所述空间立方体单元的大小取决于精度要求和磁场感测模块阵列的数量。进一步的，局域磁场数据为由x坐标、y坐标、z坐标、H叠加磁场强度四个属性组成(x，y，z，H)的点数据；流场数据为由x坐标、y坐标、z坐标、V速度矢量四个属性组成(x，y，z，V)的点数据。本专利技术相对于现有技术的有益效果是：基于磁阻效应的流场成像系统设备成本低，制造简单；基于磁阻效应的流场成像方法实现容易，且测试的精度提高；本专利技术为成像技术提供了新途径，使用的尺度范围广。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为流场成像方法流程图；图3为种基于磁阻效应的磁场成像技术路线图；图4为一种将磁场信号转化为流场信号的方法示意图；图中：1、电源；2、磁场发生模块；3、磁场感测模块；4、分析电路模块；5、信号转换模块；6、成像模块；7、磁性感应颗粒。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做详细的介绍。实施例1本实施方式记载了一种基于磁阻效应的流场成像系统，包括电源1、磁场发生模块2、多个磁场感测模块3，分析电路模块4、信号转换模块5、成像模块6、磁性感应颗粒7；所述分析电路模块4的输出端分为输出端口I和输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁阻效应的流场成像系统，其特征在于：包括电源(1)、磁场发生模块(2)、多个磁场感测模块(3)，分析电路模块(4)、信号转换模块(5)、成像模块(6)、磁性感应颗粒(7)；所述分析电路模块(4)的输出端分为输出端口I和输出端口II；所述成像模块(6)的输入端口分为输入端口I和输入端口II；所述电源(1)与磁场发生模块(2)连接，所述磁场发生模块(2)包围待测空间，所述待测空间内设有多个阵列，所述多个阵列中均设置有所述多个磁场感测模块(3)，所述多个磁场感测模块(3)的输出端分别与所述分析电路模块(4)的输入端连接，所述分析电路模块(4)的输出端口I与成像模块(6)的输入端口I连接，所述分析电路模块(4)的输出端口II与所述信号转换模块(5)的输入端连接，所述信号转换模块(5)的输出端与成像模块(6)的输入端口II连接；所述磁性感应颗粒(7)均匀分布在待测空间内。

【技术特征摘要】
1.一种基于磁阻效应的流场成像系统，其特征在于：包括电源(1)、磁场发生模块(2)、多个磁场感测模块(3)，分析电路模块(4)、信号转换模块(5)、成像模块(6)、磁性感应颗粒(7)；所述分析电路模块(4)的输出端分为输出端口I和输出端口II；所述成像模块(6)的输入端口分为输入端口I和输入端口II；所述电源(1)与磁场发生模块(2)连接，所述磁场发生模块(2)包围待测空间，所述待测空间内设有多个阵列，所述多个阵列中均设置有所述多个磁场感测模块(3)，所述多个磁场感测模块(3)的输出端分别与所述分析电路模块(4)的输入端连接，所述分析电路模块(4)的输出端口I与成像模块(6)的输入端口I连接，所述分析电路模块(4)的输出端口II与所述信号转换模块(5)的输入端连接，所述信号转换模块(5)的输出端与成像模块(6)的输入端口II连接；所述磁性感应颗粒(7)均匀分布在待测空间内。2.根据权利要求1所述的一种基于磁阻效应的流场成像系统，其特征在于：所述磁场发生模块(2)为亥姆霍兹线圈。3.根据权利要求1所述的一种基于磁阻效应的流场成像系统，其特征在于：所述磁场感测模块(3)包括磁强计和处理器I，所述磁强计与处理器I连接，所述磁强计中的磁致电阻原件测量待测空间的由磁场变化引起的电阻变化，所述处理器I将磁强计测量的电阻变化信号整理成数据信息，并转换成电路信号。4.根据权利要求1所述的一种基于磁阻效应的流场成像系统，其特征在于：所述分析电路模块(4)包括信号放大电路、逻辑运算电路和信号处理电路，所述信号放大电路与逻辑运算电路连接，所述逻辑运算电路与所述信号处理电路连接，并通过模拟开关相连，所述信号放大电路将得到的电阻改变的电路信号放大，放大后的信号通过信号处理电路和逻辑运算电路进行整理和分区，并转换成磁场信号。5.根据权利要求1所述的一种基于磁阻效应的流场成像系统，其特征在于：所述信号转换模块(5)包括运算器和处理器II，所述运算器连接处理器II，运算器计算空间瞬态磁场和流场信号，处理器II将瞬态磁场信号整理成计算机可读数字信号。6.根据权利要求1所述的一种基于磁阻效应的流场成像系统，其特征在于：所述成像模块(6)包括处理器III和显示器，所述处理器III和显示器连接，所述处理器III将磁场信号和流场信号整理成计算机可读的数字信号，所述显示器用于显示图像。7.根据权利要求1所述的一种基于磁阻效应的流场成像系统，其特征在于：所述磁场感应颗粒(7)为形貌和大小均相同的氧化铁、氧化钴或氧化镍颗粒。8.根据权利要求1所述的一种基于磁阻效应的流程成像系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：何玉荣，石雷，黄健，胡彦伟，汪新智，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23