高速风洞序列化流动图像的拍摄系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高速风洞序列化流动图像的拍摄系统及方法，用于拍摄风洞实验舱内的高速湍流随时间变化图像，系统通过至少两个激光器发出多束激光多次照亮所述高速风洞流场，至少两个CCD摄像头中的每个CCD摄像头进行至少两次曝光，分别拍摄多次照亮高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子，每个CCD摄像头进行一次曝光获得一张示踪粒子的图像，则每个CCD摄像头进行至少两次曝光获得至少两张示踪粒子的图像，系统包括至少两个CCD摄像头，则系统至少可以获得四张示踪粒子的图像，故解决了现有技术无法获得多于两幅的时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像的技术问题，达到了获得至少四幅时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像技术效果。

System and Method of Serialized Flow Image Capturing in High Speed Wind Tunnel

The invention discloses a high-speed wind tunnel serialized flow image shooting system and method for capturing high-speed turbulence time-varying images in the wind tunnel experimental cabin. The system illuminates the high-speed wind tunnel flow field multiple times through at least two lasers. Each CCD camera in at least two CCD cameras carries out at least two exposures, and takes multiple exposures to illuminate the high-speed respectively. In the wind tunnel flow field, the tracer particles in the high-speed wind tunnel flow field are exposed once by each CCD camera to obtain an image of the tracer particles. Then each CCD camera is exposed at least twice to obtain at least two images of the tracer particles. The system includes at least two CCD cameras, and the system can obtain at least four images of the tracer particles, thus solving the problem that the existing technology can not obtain. More than two images of tracer particles in time-dependent high-speed wind tunnel flow field have achieved the technical effect of obtaining at least four images of tracer particles in time-dependent high-speed wind tunnel flow field.

【技术实现步骤摘要】
高速风洞序列化流动图像的拍摄系统及方法
本专利技术涉及空气动力学领域，具体而言，涉及一种高速风洞序列化流动图像的拍摄系统及方法。
技术介绍
超声速、高超声速流场结构的显示与测量，是超声速、高超声速流动机理研究中非常重要的内容；为深入研究超声速、高超声速流动机理，不仅需要获得某一时刻下超声速、高超声速流动的空间结构，还需要获得不同时刻下流动结构变化图像(时间演化特性)，以研究流动结构随时间的发展变化规律，为高速飞行器的设计和面临的相关空气动力学难题的解决提供理论依据。传统的能够满足超声速、高超声速流场结构时间演化特性测量的测试技术，第一类是用高重复频率激光光源配合高速摄影相机获得超声速、高超声速流场结构的连续图像的方法；第二类是采用多腔激光器配合超高速相机获得超声速、高超声速流场结构的连续图像的方法。但是第一类方法，高重复频率激光光源可以在极短时间内多次发光照明(间隔微秒量级，脉冲数几十个)，但单次发光的能量都比较低，导致示踪粒子散射信号微弱，流场结构成像信噪比很低，无法获得清晰的结构图像。对于第二类方法，要实现多个激光器并联在技术实现上技术门槛高，很少有成熟的这类商业激光器可以购买，超高速相机以及专门定制激光器都是成本高昂，还受到国外禁售的限制。最近，广泛采用的粒子图像速度场技术(ParticleImageVelocimetry，PIV)，已经在超声速/高超声速流动中得到成熟的应用，成熟的测试设备，PIV系统成本相对低廉，但不能获得多于两幅的时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高速风洞序列化流动图像的拍摄系统及方法，其旨在获得至少四幅时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像。第一方面，本专利技术实施例提供了一种高速风洞序列化流动图像的拍摄系统，用于拍摄风洞实验舱内的高速湍流随时间变化图像，所述系统包括：相互连接的纳米粒子发生器和同步控制器；所述同步控制器用于控制所述纳米粒子发生器向所述高速风洞流场中投放纳米量级的示踪粒子；所述系统还包括：与所述同步控制器连接的至少两个CCD摄像头和至少两个激光器；所述同步控制器还用于在接收到控制指令后，按照第一预定脉冲时序依次发出至少两个控制信号至所述至少两个激光器；所述至少两个激光器用于在接收到所述至少两个控制信号后，按照第二预定脉冲时序依次发出多束激光，以实现多次照亮所述高速风洞流场；所述同步控制器还用于，控制所述至少两个CCD摄像头中的每个CCD摄像头按照第三预定脉冲时序依次进行至少两次曝光，以分别拍摄多次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子，分别获得多张图像。可选的，所述系统还包括：与所述同步控制器和所述至少两个CCD摄像头连接的电子设备，所述电子设备用于发出控制指令至所述同步控制器，以控制所述同步控制器按照第一预定脉冲时序依次发出至少两个控制信号。可选的，所述至少两个CCD摄像头用于按照第四预定脉冲时序依次将所述多张图像发送至所述电子设备，以使所述电子设备存储所述多张图像。可选的，所述至少两个激光器至少包括第一激光器和第二激光器，所述至少两个CCD摄像头至少包括第一CCD摄像头和第二CCD摄像头；所述第一激光器、所述第二激光器、所述第一CCD摄像头和所述第二CCD摄像头与所述同步控制器连接；所述至少两个控制信号至少包括第一控制信号和第二控制信号；所述同步控制器具体用于在接收到控制指令后，发出第一控制信号至所述第一激光器；所述第一激光器用于在所述同步控制器发出第一控制信号第一预设时间时，发出第一激光，以实现第一次照亮所述高速风洞流场，经过第二预设时间，发出第二激光，以实现第二次照亮所述高速风洞流场；所述同步控制器还用于，在发出所述第一控制信号后经过第三预设时间，发出第二控制信号至所述第二激光器；所述第二激光器用于在所述同步控制器发出第二控制信号第一预设时间时，发出第三激光，以实现第三次照亮所述高速风洞流场，经过第二预设时间，发出第四激光，以实现第四次照亮所述高速风洞流场；所述同步控制器还用于在发出第一控制信号第四预设时间后，控制所述第一CCD摄像头进行第一次曝光，以拍摄第一次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第一帧图像；并在所述第一CCD摄像头进行第一次曝光结束经过第五预设时间时，控制所述第一CCD摄像头进行第二次曝光，以拍摄第二次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第二帧图像；所述同步控制器还用于在发出第二控制信号经过第四预设时间后，控制所述第二CCD摄像头进行第一次曝光，以拍摄第三次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第三帧图像；并在所述第二CCD摄像头进行第一次曝光结束经过第五预设时间时，控制所述第二CCD摄像头进行第二次曝光，以拍摄第四次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第四帧图像。可选的，所述第一CCD摄像头还用于在完成第一次曝光时，将所述第一帧图像转移至所述第一CCD摄像的寄存器，在完成第一次曝光第六预定时间时，第一CCD摄像头将所述第一帧图像发送至所述电子设备，在所述第一CCD摄像头完成第二次曝光时，将所述第二帧图像转移至所述第一CCD摄像的寄存器，在完成第二次曝光第七时间时，所述第一CCD摄像头将所述第二帧图像发送至所述电子设备；所述第二CCD摄像头还用于在完成第二次曝光时，将所述第三图像转移至所述第二CCD摄像头的寄存器，在完成第二次曝光第六预定时间时，将所述第三帧图像发送至所述电子设备，在所述第二CCD摄像头完成第二次曝光时，将所述第四帧图像转移至所述第二CCD摄像的寄存器，在完成第二次曝光第七时间时，所述第二CCD摄像头将所述第四帧图像发送至所述电子设备。可选的，所述系统还包括：与所述至少两个激光器的连接的合束装置；所述合束装置用于将所述至少两个激光器发出的多束激光进行空间矫正，以使所述多束激光照明流场的空间位置相同。可选的，所述系统还包括：片光镜头和光臂；所述片光镜头和所述合束装置通过所述光臂连接；所述光臂用于将所述合束装置进行矫正后的多束激光传输至所述片光镜头，所述片光镜头用于对所述光臂传输的多束激光进行片光，以使每束激光发散形成厚度为0.5毫米的片状光源照亮所述高速风洞流场。可选的，所述系统还包括光电快门，所述光电快门与所述同步控制器连接；所述同步控制器还用于在所述第一CCD摄像头进行第二次曝光且获得所述第二帧图像时，控制所述光电快门关闭，以阻挡光线再进入所述第一CCD摄像头。可选的，所述至少两个激光器还包括第三激光器，所述至少两个CCD摄像头还包括第三CCD摄像头；所述第三激光器和所述第三CCD摄像头与所述同步控制器连接；所述至少两个控制信号还包括第三控制信号；所述同步控制器还用于，在发出所述第二控制信号后经过第三预设时间，发出第三控制信号至所述第三激光器；所述第三激光器用于在所述同步控制器发出第三控制信号第一预设时间时，发出第五激光，以实现第五次照亮所述高速风洞流场，经过第二预设时间，发出第六激光，以实现第六次照亮所述高速风洞流场；所述同步控制器还用于在发出第三控制信号经过第四预设时间后，控制所述第三CCD摄像头进行第一次曝光，以拍摄第五次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第五帧图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速风洞序列化流动图像的拍摄系统，用于拍摄风洞实验舱内的高速湍流随时间变化图像，所述系统包括：相互连接的纳米粒子发生器和同步控制器；所述同步控制器用于控制所述纳米粒子发生器向所述高速风洞流场中投放纳米量级的示踪粒子；其特征在于，所述系统还包括：与所述同步控制器连接的至少两个CCD摄像头和至少两个激光器；所述同步控制器还用于在接收到控制指令后，按照第一预定脉冲时序依次发出至少两个控制信号至所述至少两个激光器；所述至少两个激光器用于在接收到所述至少两个控制信号后，按照第二预定脉冲时序依次发出多束激光，以实现多次照亮所述高速风洞流场；所述同步控制器还用于，控制所述至少两个CCD摄像头中的每个CCD摄像头按照第三预定脉冲时序依次进行至少两次曝光，以分别拍摄多次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子，分别获得多张图像。

【技术特征摘要】
1.一种高速风洞序列化流动图像的拍摄系统，用于拍摄风洞实验舱内的高速湍流随时间变化图像，所述系统包括：相互连接的纳米粒子发生器和同步控制器；所述同步控制器用于控制所述纳米粒子发生器向所述高速风洞流场中投放纳米量级的示踪粒子；其特征在于，所述系统还包括：与所述同步控制器连接的至少两个CCD摄像头和至少两个激光器；所述同步控制器还用于在接收到控制指令后，按照第一预定脉冲时序依次发出至少两个控制信号至所述至少两个激光器；所述至少两个激光器用于在接收到所述至少两个控制信号后，按照第二预定脉冲时序依次发出多束激光，以实现多次照亮所述高速风洞流场；所述同步控制器还用于，控制所述至少两个CCD摄像头中的每个CCD摄像头按照第三预定脉冲时序依次进行至少两次曝光，以分别拍摄多次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子，分别获得多张图像。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：与所述同步控制器和所述至少两个CCD摄像头连接的电子设备，所述电子设备用于发出控制指令至所述同步控制器，以控制所述同步控制器按照第一预定脉冲时序依次发出至少两个控制信号。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述至少两个CCD摄像头用于按照第四预定脉冲时序依次将所述多张图像发送至所述电子设备，以使所述电子设备存储所述多张图像。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述至少两个激光器至少包括第一激光器和第二激光器，所述至少两个CCD摄像头至少包括第一CCD摄像头和第二CCD摄像头；所述第一激光器、所述第二激光器、所述第一CCD摄像头和所述第二CCD摄像头与所述同步控制器连接；所述至少两个控制信号至少包括第一控制信号和第二控制信号；所述同步控制器具体用于在接收到控制指令后，发出第一控制信号至所述第一激光器；所述第一激光器用于在所述同步控制器发出第一控制信号第一预设时间时，发出第一激光，以实现第一次照亮所述高速风洞流场，经过第二预设时间，发出第二激光，以实现第二次照亮所述高速风洞流场；所述同步控制器还用于，在发出所述第一控制信号后经过第三预设时间，发出第二控制信号至所述第二激光器；所述第二激光器用于在所述同步控制器发出第二控制信号第一预设时间时，发出第三激光，以实现第三次照亮所述高速风洞流场，经过第二预设时间，发出第四激光，以实现第四次照亮所述高速风洞流场；所述同步控制器还用于在发出第一控制信号第四预设时间后，控制所述第一CCD摄像头进行第一次曝光，以拍摄第一次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第一帧图像；并在所述第一CCD摄像头进行第一次曝光结束经过第五预设时间时，控制所述第一CCD摄像头进行第二次曝光，以拍摄第二次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第二帧图像；所述同步控制器还用于在发出第二控制信号经过第四预设时间后，控制所述第二CCD摄像头进行第一次曝光，以拍摄第三次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第三帧图像；并在所述第二CCD摄像头进行第一次曝光结束经过第五预设时间时，控制所述第二CCD摄像头进行第二次曝光，以拍摄第四次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第四帧图像。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一CCD摄像头还用于在完成第一次曝光时，将所述第一帧图像转移至所述第一CCD摄像...

【专利技术属性】
技术研发人员：何霖，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43