[发明专利]一种水洞实验用结构二维瞬态弯曲和扭转变形测量方法

权利要求书

1.一种水洞实验用结构二维瞬态弯曲和扭转变形测量方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤一、采用高速摄像机拍摄标记点A为中心的小区域的实时状态图像；

步骤二、采用激光多普勒测振仪在预设位置获得振动数据；

步骤三、同步触发高速摄像机和激光多普勒测振仪，将拍摄图像和结构振动数据同时存储进上位机中；形成照片与振动数据的对应关系；

步骤四、调节工况，完成多个工况下标记点A的变形图像拍摄；

步骤五、激光多普勒测振仪位置不变，移动高速摄像机位置，使拍摄区域转移至另一个以标记点B为中心的小区域；重复步骤三、四完成标记点B小区域的信息采集；

步骤六、通过对同一工况下的两个标记点A和B的图像进行处理；使用最大互相关算法计算得到图片中不同部分图像与参考图像的互相关系数ρ：

其中，C为参考图像的灰度值矩阵；S_x,y为图片中与参考图像相同大小的部分图像灰度值矩阵，cov(S_x,y,C)代表S_x,y和C的协方差，D代表C的方差，D_x,y为S_x,y的方差；

取互相关系数ρ最大值所对应的部分图像中心y坐标与参考图像中心y坐标的差，计算标记点随时间的像素位移：

其中，S_x,y(max(ρ))代表与参考图像互相关系数最大的部分图像灰度值矩阵，Y为对应图像中心的y坐标，n代表标记点像素位移；

根据比例尺s_r，计算标记点A和B的实际位移λ_A和λ_B：

λ_A(t)＝s_rn_A(t) λ_B(t)＝s_rn_B(t) (3)

基于同一工况同一点两次振动数据，通过平移方法，使振动数据相吻合，得到时间差Δt，并依据扭转角计算公式得到扭转角β：

其中，l_AB为两个标记点之A、B间的实际距离，α₀是初始攻角，Δt为经过同步后所得时间差，所述同步的方法是将同一工况下两次测得的同一点振动数据，通过平移的方法，使两组振动数据曲线基本吻合，得到Δt；

重复步骤六，完成全部工况数据处理，得到获得水翼尖端的弯曲和扭转变形量。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述以标记点A或B为中心的小区域大小为2mm×2mm。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述标记点A和B的实际距离l_AB应达到水翼弦长的90％以上。

4.实现如权利要求1所述一种水洞实验用结构二维瞬态弯曲和扭转变形测量方法的装置，其特征在于：包括：实验段(1)、激光多普勒测振仪(2)、上位机(3)、数据采集卡(4)、高速摄像机(5)、光源(6)、实验模型(7)、循环式空化水洞实验平台、超微距镜头(22)和微距仪平台(23)；

实验段(1)为透明的长方体结构，安装在循环式空化水洞实验平台的收缩段(14)和扩散段(15)之间，水流方向为由收缩段(14)流向扩散段(15)；实验模型(7)包括水翼部分和支撑部分，其中水翼部分置于实验段(1)内，支撑部分在实验段(1)的外部，在水翼尖端距离前缘和尾缘位置2mm处分别有一个标记点，被用于拍摄水翼结构变形和后续实验数据处理；高速摄像机(5)用于拍摄实验模型(7)中两个标记点的运动图像；超微距镜头(22)安装在高速摄像机前，减小拍摄区域，提高高速摄像机(5)所得图像的位移分辨率；光源(6)用于给实验模型(7)提供照明；激光多普勒测振仪(2)置于实验模型(7)的正下方，用于采集实验模型(7)任意位置的振动速度；数据采集卡(4)一端与上位机(3)连接、另一端分别与高速摄像机(5)和激光多普勒测振仪(2)连接，由上位机(3)控制，产生上升沿电压信号，当该电压信号高于给定阈值，并持续设定时间时，同步触发与之相连的高速摄像机(5)和激光多普勒测振仪(2)；上位机(3)控制数据采集卡(4)产生信号，还用于储存激光多普勒测振仪(2)所测振动速度和高速摄像机(5)所拍图像，对数据进行处理后获得水翼尖端的弯曲和扭转变形。