[发明专利]一种实时测量双射流直流电弧等离子体温度的方法

摘要

一种实时测量双射流直流电弧等离子体空间温度场的方法属于热等离子体温度测量技术领域，其特征在于，在一个由等离子体发生器、位于其两侧的镜头前分别加载不同中心波长的滤光片的两台CCD相机拼成的图像信息采集装置以及以光谱仪为主构成的光谱采集装置、连接着用于同步触发两台CCD相机和光谱仪的触发信号输出卡的计算机共同组成的实时测量系统中，计算出给定相机内外参数标定、立体校正、用设定的视差偏离进行预处理的两幅相匹配的目标图像，再从光谱仪上得到同一时刻相对应像素点上的谱线强度，建立灰度值-谱线强度映射表再用谱线相对强度计算出相近谱线共同对应的空间点上的电子激发温度，本发明简便可行，分辨率及测温精度较高且动态性能也好。

主权项

一种实时测量双射流直流电弧等离子体空间温度场的方法，其特征在于，是在双射流直流电弧等离子体温度实时测量系统中依次按以下步骤实现的：步骤（1），构建一个双射流直流电弧等离子体温度实时测量系统，其中包括：等离子体发生部分，单波长图像信息采集部分，触发信号判定部分和信息处理部分，其中：等离子体发生器部分，是一个等离子体发生器,单波长图像信息采集部分，是两个镜头前分别加载不同中心波长滤光片的面阵CCD相机,光谱采集部分，由凸透镜,安置在所述凸透镜二倍焦距处且由GCD‑202100M和GCD‑203100M用以带动光纤探头逐点移动的数显平台以及光谱仪组成,所述单波长图像采集部分以及光谱采集部分各位于所述等离子体发生器的左右两侧,触发信号输出部分，是一个PCI1780信号输出卡，分别向所述两台面阵CCD相机和光谱仪输出触发信号，分别采集单波长图像信息和光谱信号,信息处理部分，是一台计算机,通过所述PCI1780信号输出卡同步分别向所述两台面阵CCD相机发出1Hz方波触发信号和向所述光谱仪发出1Hz方波触发控制信号并分别得到左右共两幅单波长图像信息和光谱信号；步骤（2），计算机初始化：设定：所述等离子体发生器的电极、光纤探头及数显平台的初始位置，标定的初始时刻；步骤（3），所述等离子体发生器点火，所述计算机在向PCI1780输出步骤（1）中两个所述的触发控制信号后，输入左右两个所述面阵CCD相机采集的两幅单波长图像信息及光谱仪的光谱信号；步骤（4），用几何校正来标定所述两台面阵CCD相机：基于所述的两幅单波长图像信号，采用张正友标定法，得到并保存标定后的两台面阵CCD相机的内外参数;步骤（5），基于步骤（4）得到的两台标定后的面阵CCD相机的旋转和平移这两个相机外部参数，用Bouguet算法进行立体校正，得到校正项，用cvInitUndistortRectifyMap()函数计算出左右两幅单波长图像信息的校正，查找映射表，输出两幅行对齐的单波长校正图像信息；步骤（6），依次按如下步骤对步骤（5）得到的结果进行处理：步骤（6.1）分别提取左右两幅所述行对齐的单波长图像中的电弧中心点的横坐标，用x₁和x₂表示；步骤（6.2）求取固定视差d=x₁‑x₂；步骤（6.3）提取出左右两幅所述行对齐的单波长图信息中各对应位置像素点的横坐标，求出固定视差，实现图像匹配；步骤（6.4）根据在所述计算机中预置的设定视差d，按照所述视差距离d对两幅图像进行裁剪使得两幅图像像素点数相同，得到完全匹配的两幅图像裁剪出两幅相匹配的目标图像；步骤（7）分别在步骤（6.4）得到的两幅相匹配的单波长图像中建立双坐标系：以左上角为像素点的原点，建立u‑v坐标系，u为像素点从原点算起的位置，v为从原点计算的像素点的灰度值，以阴极像素点为原点，建立x‑y实际尺寸坐标系，x、y分别为以阴极像素点起计算的水平和竖直像素点位置，从所述两幅匹配的目标图像中，采集不同中心波长的同一时刻下的相应位置上的像素点灰度值和采用不同中心波长的滤光片下的谱线强度，得到分别对应于所述两幅匹配的目标图像的谱线强度—灰度值的映射表;步骤（8），利用谱线相对强度法，按下式计算电子激发温度Tex的分布：对于同一时刻下，相对应位置上，相同原子或离子的两条相近谱线，按下式计算所述相对应像素点位置上的电子激发温度Tex：$\frac{I_{\mathrm{\λ}1}}{I_{\mathrm{\λ}2}}=\frac{A_1{g}_1{\mathrm{\λ}}_2}{A_2{g}_2{\mathrm{\λ}}_1}\exp (-\frac{E_{k1}-E_{k2}}{{\mathrm{kT}}_{\mathrm{ex}}})$其中，I_λ1、I_λ2分别为用下标1、2两个数字标识的两条相对应位置上的相近谱线的谱线强度，从所述光谱仪的光谱上标出，k为玻尔兹曼常数，A₁、A₂为所述两条相近谱线的跃迁几率，g₁、g₂为所述两条相近谱线的统计权重，E_k1、E_k2为所述两条相近谱线的激发位能，λ₁、λ₂为所述两条相近谱线的波长。对应于同一原子或离子，A₁、A₂、g₁、g₂、E_k1、E_k2均从所述两相近谱线的各自的频率查表得出，而各自的频率又从各自的波长算出，同理，得到在同一时刻下，各相对应空间位置上的等离子体电子激发温度后，即可获得等离子体的温度场分布，并通过图像显示技术显示出来。