[发明专利]一种时空状态相关的粒子图像流场速度的测量系统及方法

权利要求书

1.一种时空状态相关的粒子图像流场速度的测量系统，其特征在于，通过测量系统对流体输送管道中流体的流速进行测量，所述流体输送管道中的两个轴线垂直面为数据采集位置，沿流体的流动方向依次记为位置一、位置二，所述流体输送管道中开设有分处在位置一、位置二上的两个激光发射孔以及两个数据采集孔，两个激光发射孔处在管壁的同一轴线平行线上，两个数据采集孔也处在管壁的同一轴线平行线上；

所述测量系统包括半导体激光器、两个线阵CCD、采集卡以及处理器；

所述半导体激光器通过两根激光发射光纤连接流体输送管道，两根激光发射光纤分别连接两个激光发射孔，从而通过两根激光发射光纤将半导体激光器发出的激光引入位置一、位置二，形成两束通过管道轴线且共面平行的激光束，以照亮管道中的流体粒子；

两个线阵CCD分别通过两根数据采集光纤连接流体输送管道，两根数据采集光纤分别连接两个数据采集孔，从而将位置一、位置二处激光束照亮的流体粒子图像分别引出到两个线阵CCD成像存储；

所述处理器通过采集卡同时连接两个线阵CCD，两个线阵CCD采集的一维图像序列经由采集卡传输至处理器中，通过处理器进行存储及运算。

2.根据权利要求1所述的一种时空状态相关的粒子图像流场速度的测量系统，其特征在于，两个线阵CCD的时序同步。

3.一种基于权利要求1所述的测量系统的时空状态相关的粒子图像流场速度的测量方法，其特征在于，按以下步骤进行测速：

S1、数据采集；

打开半导体激光器，在位置一、位置二上形成两束通过管道轴线且共面平行的激光束；打开两个线阵CCD以恒定的毫秒级时间间隔Δt连续获取并存储获取位置一、位置二处的一维图像序列；

S2、构建二维时空粒子图像矩阵；

取时间T₁至T_m内位置一所在位置的m列线阵粒子图像，记为图像矩阵一；

取时间T_i至T_n内位置二所在位置的n-i+1列线阵粒子图像，记为图像矩阵二；

其中i、n、m均为正整数，nm，i≥1，n-i=m-1；

S3、计算相关系数；

i取正整数，将位置二处的n-i+1列线阵粒子图像与位置一处的m列线阵粒子图像进行二维相关运算，并得到相关系数r；从1开始逐步增加i的取值，直至相关系数r大于0.8后减小至0.5，或者r大于0.8后连续五次出现减小；

此后，以i为横坐标、r为纵坐标，得到相关系数r随i的变化曲线，并获取到曲线最大值r_max处的时刻i_max；

S4、输出速度结果；

流体流动的速度可得到为：V=D/(i_max×Δt)，其中D是位置一与位置二的间距。