复杂结构内部流场的光学匹配校准方法及设备技术

本公开提供的复杂结构内部流场测量的光学匹配校准方法及设备，包括：制作复杂结构的透明模型；向透明模型一侧提供面光源，并向其内腔体通入折射率匹配液，所述折射率匹配液的折射率与制作所述透明模型所用材料的折射率相近，获取被所述面光源照亮的所述透明模型的内部图像；对获取的内部图像使用图像像素值的标准差作为透明模型与折射率匹配液的折射率匹配度，若折射率匹配度未达到折射率匹配度设定值，则调节折射率匹配液的折射率，直至折射率匹配度达到折射率匹配度设定值，校准结束。本公开可使流体与透明材料加工的复杂结构折射率完全匹配，以消除光学方法测量复杂结构内部流场时的图像失真，为复杂结构内部流场的光学测量提供了基础。学测量提供了基础。学测量提供了基础。

【技术实现步骤摘要】
复杂结构内部流场的光学匹配校准方法及设备


[0001]本公开实施例涉及复杂结构内部流场测量
，尤其涉及一种复杂结构内部流场的光学匹配校准方法和设备。

技术介绍

[0002]对于复杂结构内部流场的光学测量，一直是流体工程领域的重点关注问题。目前常用的复杂结构内部流场实验一般采用透明材料建造复杂结构的模型，之后将流体通入复杂结构内部，使用高速摄影方法观察结构内部流场。这种方法由于透明材料的折射率一般与流体不同，光线在通过复杂的透明材料结构时将会出现折射问题，最终在相机中呈现畸变的图像，无法得到真实的内部流场。

技术实现思路

[0003]本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0004]为此，本公开第一方面实施例提供的复杂结构内部流场的光学匹配校准方法，解决利用图像测量技术进行内部流场测量时遇到的图像畸变问题，有利于观测到复杂结构内部的准确流场数据。本公开第一方面实施例提供的光学匹配校准方法包括：
[0005]步骤S1、制作复杂结构的透明模型，所述透明模型内设有容纳折射率匹配液的腔体，且所述腔体内设有至少一个使入射光源发生折射的固体部件，选取折射率与制作所述透明模型所用材料的折射率相近的折射率匹配液；
[0006]步骤S2、向所述透明模型一侧提供面光源，并向所述腔体通入折射率匹配液，获取被所述面光源照亮的所述透明模型的内部图像；
[0007]S3、对步骤S2获取的所述内部图像使用公式(1)计算所述透明模型与所述折射率匹配液的折射率匹配度，若所述折射率匹配度未达到折射率匹配度设定值，则执行步骤S4，直至所述折射率匹配度达到所述折射率匹配度设定值，校准结束；所述公式(1)为：
[0008][0009][0010]式中，s为所述透明模型与所述折射率匹配液的折射率匹配度；N和M分别为步骤S2获取的所述内部图像含有的像素总列数和像素总行数；I
ij
为步骤S2获取的所述内部图像中第j 行、第i列像素的灰度值；为步骤S2获取的所述内部图像的灰度平均值；
[0011]步骤S4、调节通入所述透明模型的折射率匹配液的折射率，返回步骤S2。
[0012]本公开第一方面实施例提供的复杂结构内部流场的光学匹配校准方法，具有以下特点以及有益效果：
[0013]本公开第一方面实施例提供的复杂结构内部流场的光学匹配校准方法，可在原位
同时测量折射率匹配液与复杂结构的折射率匹配程度，使得流体工质与复杂结构界面不会发生折射影响图像测量方法中的图像质量，可以彻底消除流体工质与复杂结构折射率不同导致的图像畸变引起的复杂结构内部流场测量误差，为复杂结构内部流场的准确测量提供了保障，在相关流体工程实验研究方面具有重要的推广价值。
[0014]在一些实施例中，步骤S2中，所述透明模型的内部图像是从垂直于所述面光源所在平面的所述透明模型的另一侧获取得到。
[0015]在一些实施例中，步骤S3中，根据所述内部图像的灰度平均值和允许的图像亮度差异确定所述折射率匹配度设定值。
[0016]在一些实施例中，所述折射率匹配度设定值设为
[0017]在一些实施例中，步骤S4包括：
[0018]观察所述内部图像中固液界面亮带的分布，若亮带在固体一侧，则降低通入所述腔体内折射率匹配液的温度或浓度，返回步骤S2；若亮带在液体一侧，则增加通入所述腔体内折射率匹配液的温度或浓度，返回步骤S2。
[0019]本公开第一方面实施例提供的光学匹配校准设备，包括：
[0020]复杂结构的透明模型，所述透明模型内设有容纳折射率匹配液的腔体，所述腔体内设有至少一个使入射光源发生折射的固体部件，选取折射率与制作所述透明模型所用材料的折射率相近的折射率匹配液；
[0021]折射率匹配液泵送单元，用于向所述腔体泵送折射率匹配液；
[0022]面光源，位于所述透明模型一侧；
[0023]相机，用于获取被所述面光源照亮的通有所述折射率匹配液的所述透明模型的内部图像；
[0024]折射率匹配液调节单元，用于调节通入所述腔体内折射率匹配液的折射率；和
[0025]控制器，用于根据公式(1)计算所述透明模型与通入其内的所述折射率匹配液的折射率匹配度，若折射率匹配度未达到折射率匹配度设定值，则控制所述折射率匹配液调节单元调节通入所述腔体内折射率匹配液的折射率，直至根据公式(1)计算的透明模型与折射率匹配液的折射率匹配度达到折射率匹配度设定值；所述公式(1)为：
[0026][0027]式中，s为所述透明模型与所述折射率匹配液的折射率匹配度；N和M分别为获取的所述内部图像含有的像素总列数和像素总行数；I
ij
为获取的所述内部图像中第j行、第i列像素的灰度值；为获取的所述内部图像的灰度平均值。
[0028]在一些实施例中，所述折射率匹配液泵送单元包括管道，所述管道的出口端与所述腔体的进口端连通，所述管道上设有驱动泵。
[0029]在一些实施例中，所述面光源包括架设在所述透明模型一侧且共光轴设置的激光器和片光光路。
[0030]在一些实施例中，所述相机安装在垂直于所述片光光路所在平面的所述透明模型
的另一侧。
[0031]在一些实施例中，所述折射率匹配液调节单元包括安装在所述管道内部的换热管，与所述换热管连接的控温机，在所述换热管和所述控温机的内部加注冷却水并不间断循环，受所述控制器控制调节通入所述腔体内折射率匹配液的温度。
附图说明
[0032]图1为本公开第一方面实施例提供的复杂结构内部流场的光学匹配校准方法的流程图。
[0033]图2为本公开第二方面实施例提供的复杂结构内部流场的光学匹配校准设备的结构示意图；
[0034]图中：
[0035]10—透明模型，11—腔体，111—固体部件；
[0036]20—折射率匹配液泵送单元，21—管道，22—驱动泵；
[0037]30—面光源，31—激光器，32—片光光路，33—扇形片光；
[0038]40—相机；
[0039]50—折射率匹配液调节单元，51—换热管，52—控温机。
具体实施方式
[0040]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，并不用于限定本申请。
[0041]相反，本申请涵盖任何由权利要求定义的在本申请精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本申请有更好的了解，在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。
[0042]参见图1，本公开第一方面实施例提供的复杂结构内部流场测量的光学匹配校准方法，包括：
[0043]步骤S1、制作复杂结构的设定比例的透明模型，该透明模型内设有容纳折射率匹配本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂结构内部流场测量的光学匹配校准方法，其特征在于，包括：步骤S1、制作复杂结构的透明模型，所述透明模型内设有容纳折射率匹配液的腔体，且所述腔体内设有至少一个使入射光源发生折射的固体部件，选取折射率与制作所述透明模型所用材料的折射率相近的折射率匹配液；步骤S2、向所述透明模型一侧提供面光源，并向所述腔体通入折射率匹配液，获取被所述面光源照亮的所述透明模型的内部图像；S3、对步骤S2获取的所述内部图像使用公式(1)计算所述透明模型与所述折射率匹配液的折射率匹配度，若所述折射率匹配度未达到折射率匹配度设定值，则执行步骤S4，直至所述折射率匹配度达到所述折射率匹配度设定值，校准结束；所述公式(1)为：式中，s为所述透明模型与所述折射率匹配液的折射率匹配度；N和M分别为步骤S2获取的所述内部图像含有的像素总列数和像素总行数；I
ij
为步骤S2获取的所述内部图像中第j行、第i列像素的灰度值；为步骤S2获取的所述内部图像的灰度平均值；步骤S4、调节通入所述透明模型的折射率匹配液的折射率，返回步骤S2。2.根据权利要求1所述的光学匹配校准方法，其特征在于，步骤S2中，所述透明模型的内部图像是从垂直于所述面光源所在平面的所述透明模型的另一侧获取得到。3.根据权利要求1所述的光学匹配校准方法，其特征在于，步骤S3中，根据所述内部图像的灰度平均值和允许的图像亮度差异确定所述折射率匹配度设定值。4.根据权利要求1所述的光学匹配校准方法，其特征在于，步骤S3中，所述折射率匹配度设定值设为5.根据权利要求1所述的光学匹配校准方法，其特征在于，步骤S4包括：观察所述内部图像中固液界面亮带的分布，若亮带在固体一侧，则降低通入所述腔体内折射率匹配液的温度或浓度，返回步骤S2；若亮带在液体一侧，则增加通入所述腔体内折射率匹配液的温度或浓度，返回步骤S2。6.一种复杂结构内部流场测量的光学匹配校准设...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟强，禹东峰，刘建华，王福军，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：发明
国别省市：