CN111458532A - 一种速度场和密度场同步测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种速度场和密度场同步测量系统及方法。所述系统包括：可视化测试管道、激光发射系统、背景图像靶板、第一CCD相机和第二CCD相机；在待测流体中加入荧光示踪粒子，激光器向待测流体照射激光，通过第一CCD相机拍摄不同时刻的荧光示踪粒子图像，获得速度场的分布；通过第二CCD相机同步拍摄激光照射待测流体时以背景图像靶板为背景的待测流体图像，获得密度场的分布，实现了速度场和密度场的同步测量。

Description

一种速度场和密度场同步测量系统及方法

技术领域

本发明涉及流体物理场参数测量领域，特别是涉及一种速度场和密度场同步测量系统及方法。

背景技术

速度场是研究流体流动传热特性的重要参数，而测量速度场的方法主要是粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry，简称PIV)。对于自然对流传热、超声速流动及超临界流动传热过程，流体密度变化剧烈，可压缩性不可忽略，同时获得速度场及密度场的分布特性是获得流动传热规律、揭示流动传热机理、发展精确湍流输运模型的重要基础。

国防科技大学易仕和等人发明了基于纳米粒子的平面激光成像技术(Nanoparticle-based Planar Laser Scattering，简称NPLS)，实现了超声速流动速度场及密度场的同步测量。NPLS技术测量密度场的原理是：纳米粒子在超音速流动中具有良好跟随性，流场中密度越高的区域其包含的纳米粒子数量越多，当激光片光源照射流场区域时，其散射光的信号越强，再根据流场密度与图像灰度之间的对应关系即可实现超声速流动密度场的定量测量。然而，在自然对流传热以及超临界流动传热等流动与传热互相耦合的过程中，NPLS技术所使用的纳米示踪粒子的分布不受温度分布的影响，无法体现传热过程或者说温度分布对密度分布所造成的影响，限制了NPLS技术在流动传热领域中的应用，因此亟需发展适用于不可压缩流体流动传热过程的速度场和密度场同步测量技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种速度场和密度场同步测量系统及方法，实现了速度场与密度场的同时测量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种速度场和密度场同步测量系统，所述系统包括：可视化测试管道、激光发射系统、背景图像靶板、第一CCD相机和第二CCD相机；

带有多个荧光示踪粒子的待测流体从所述可视化测试管道中流过；

所述激光发射系统向所述可视化测试管道垂直发射激光；

所述背景图像靶板设置于所述可视化测试管道的一侧；所述第一CCD相机和所述第二CCD相机并列设置于所述可视化测试管道的另一侧；所述背景图像靶板与所述第一CCD相机、所述第二CCD相机相对设置；所述背景图像靶板、所述第一CCD相机和所述第二CCD相机均与所述激光发射系统发射的激光光路垂直；

所述第一CCD相机用于拍摄所述可视化测试管道中在所述激光照射下的多个所述荧光示踪粒子在不同时刻的荧光示踪粒子图像，以获得速度场的分布；

所述第二CCD相机用于拍摄在所述可视化测试管道无待测流体时所述背景图像靶板的图像，并用于拍摄在所述可视化测试管道有待测流体时，所述激光照射所述待测流体时以所述背景图像靶板为背景的待测流体图像，以获得密度场的分布。

可选的，所述系统还包括：同步控制器；

所述同步控制器分别与所述激光发射系统、所述第一CCD相机和所述第二CCD相机连接，所述同步控制器用于控制所述激光发射系统的工作时序、所述第一CCD相机的工作时序和所述第二CCD相机的工作时序，使所述激光发射系统发射激光时，所述第一CCD相机和所述第二CCD相机同步拍摄图像。

可选的，所述系统还包括：电脑；

所述电脑与所述同步控制器连接，所述电脑用于获取控制信号，并将所述控制信号传输至所述同步控制器；

所述电脑还与所述第一CCD相机和所述第二CCD相机连接，所述电脑用于采集所述第一CCD相机拍摄的所述激光照射下的多个所述荧光示踪粒子在不同时刻的荧光示踪粒子图像、所述第二CCD相机拍摄的无待测流体时所述背景图像靶板的图像和所述激光照射所述待测流体时的所述背景图像靶板的图像，根据所述第一CCD相机拍摄的所述激光照射下的多个所述荧光示踪粒子在不同时刻的荧光示踪粒子图像，得到测试场中每个荧光示踪粒子的瞬时速度矢量，并根据所述第二CCD相机拍摄的无待测流体时所述背景图像靶板的图像和所述激光照射所述待测流体时以所述背景图像靶板为背景的待测流体图像，得到测试场中不同位置的密度值。

可选的，所述激光发射系统包括：激光器和导光臂；

所述激光器与所述导光臂的一端连接，所述导光臂的另一端设置于所述可视化测试管道的正上方；所述激光器用于通过所述导光臂向所述可视化测试管道中的所述待测流体垂直发射激光。

可选的，所述第一CCD相机的镜头前设置有单通滤光片；所述单通滤光片的波长与所述荧光示踪粒子发射波长相同；所述第二CCD相机的镜头前设置有窄带滤光片，所述窄带滤光片的波长在以所述激光发射波长为中心的预设波长范围内。

一种速度场和密度场同步测量方法，所述方法包括：

获取可视化测试管道无待测流体时背景图像靶板的图像，作为背景图像；

激光器向可视化测试管道中的待测流体垂直发射激光；

在不同的时刻分别利用第一CCD相机获取所述可视化测试管道中在所述激光照射下的多个荧光示踪粒子的荧光示踪粒子图像；

利用第二CCD相机获取所述可视化测试管道中所述激光照射所述待测流体时以所述背景图像靶板为背景的待测流体图像；

根据不同的时刻获取的所述荧光示踪粒子图像，获得测试场中每个荧光示踪粒子的瞬时速度矢量；

根据所述背景图像和所述待测流体图像，获得测试场中不同位置的密度值。

可选的，所述根据不同的时刻获取的所述荧光示踪粒子图像，获得测试场中每个荧光示踪粒子的瞬时速度矢量，具体包括：

根据相邻时刻获取的荧光示踪粒子图像，获得每个荧光示踪粒子的偏移位移；

根据每个所述荧光示踪粒子的偏移位移，利用公式

获得每个所述荧光示踪粒子的瞬时速度矢量；

其中，v为每个所述荧光示踪粒子的瞬时速度矢量，Δx为每个所述荧光示踪粒子的偏移位移，Δt为每个所述荧光示踪粒子的偏移位移对应的时间。

可选的，所述根据所述背景图像和所述待测流体图像，获得测试场中不同位置的密度值，具体包括：

根据所述背景图像和所述待测流体图像，获得所述背景图像靶板上斑点的偏移量；

根据所述背景图像靶板上斑点的偏移量，获得所述背景图像靶板上斑点的偏移角；

根据所述背景图像靶板上斑点的偏移角，利用公式

获得所述待测流体的折射率；

根据所述待测流体的折射率，利用盖斯定律n＝κρ+1，获得测试场中不同位置的密度值；

其中，θ为所述背景图像靶板上斑点的偏移角，n为所述待测流体的折射率，x为x轴方向，y为y轴方向，κ为混合工质的折射度，ρ为测试场中不同位置的密度值。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明在待测流体中加入荧光示踪粒子，激光器向待测流体照射激光，通过第一CCD相机拍摄荧光示踪粒子在不同时刻的荧光示踪粒子图像，获得速度场的分布；通过第二CCD相机同步拍摄激光照射待测流体时以背景图像靶板为背景的待测流体图像，获得密度场的分布，实现了速度场和密度场的同步测量。

本发明采用高采集频率和高分辨率CCD相机，且合理调整采集时序，进一步提高了采集频率和精度，使速度场和密度场的同步测量结果更准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种速度场和密度场同步测量系统的结构图；

图2为本发明提供的具体实施方式1的时序控制示意图；

图3为本发明提供的一种速度场和密度场同步测量方法的流程图；

符号说明：

1-可视化测试管道，2-激光器，3-导光臂，4-背景图像靶板，5-第一CCD相机，6-第二CCD相机，7-同步控制器，8-电脑。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种速度场和密度场同步测量系统及方法，实现了速度场与密度场的同时测量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的一种速度场和密度场同步测量系统的结构图。如图1所示，一种速度场和密度场同步测量系统包括：可视化测试管道1、激光发射系统、背景图像靶板4、第一CCD相机5和第二CCD相机6。

带有多个荧光示踪粒子的待测流体从可视化测试管道1中流过。

激光发射系统向可视化测试管道1垂直发射激光。

背景图像靶板4设置于可视化测试管道1的一侧。第一CCD相机5和第二CCD相机6并列设置于可视化测试管道1的另一侧。背景图像靶板4与第一CCD相机5、第二CCD相机6相对设置。背景图像靶板4、第一CCD相机5和第二CCD相机6均与激光发射系统发射的激光光路垂直。

背景图像靶板4上的图案可为随机噪点、规则噪点、小波噪点等多种形式，即为一系列有规则或无序斑点。

第一CCD相机5用于拍摄可视化测试管道1中在激光照射下的多个荧光示踪粒子在不同时刻的荧光示踪粒子图像，以获得速度场的分布。

第二CCD相机6用于拍摄在可视化测试管道1无待测流体时背景图像靶板4的图像，并用于拍摄在可视化测试管道1有待测流体时，激光照射待测流体时以背景图像靶板4为背景的待测流体图像，以获得密度场的分布。

第一CCD相机5的镜头前设置有与荧光示踪粒子发射波长相同的单通滤光片，使第一CCD相机5只捕捉荧光信号。第二CCD相机6的镜头前设置有窄带滤光片，窄带滤光片的波长在以激光发射波长为中心的预设波长范围内，使第二CCD相机6只捕捉激光信号。

示踪粒子的选择直接影响测量结果的准确度。常用的示踪粒子有空心玻璃珠、氧化钛以及荧光粒子等。本发明的关键点在于采用荧光粒子作为示踪粒子。荧光粒子的激发波长与荧光发射波长不同，捕捉荧光信号，记录不同时刻荧光示踪粒子的位置变化，即可获得速度场分布。

系统还包括：同步控制器7。同步控制器7分别与激光发射系统、第一CCD相机5和第二CCD相机6连接，同步控制器7用于控制激光发射系统的工作时序、第一CCD相机5的工作时序和第二CCD相机6的工作时序，使激光发射系统发射激光时，第一CCD相机5和第二CCD相机6同步拍摄图像。且相机的曝光时序和激光光源的激光输出时序可根据测量目的进行调整。

系统还包括：电脑8。电脑8与同步控制器7连接，电脑8用于获取控制信号，并将控制信号传输至同步控制器7。

电脑8还与第一CCD相机5和第二CCD相机6连接，电脑8用于采集第一CCD相机5拍摄的激光照射下的多个荧光示踪粒子在不同时刻的荧光示踪粒子图像、第二CCD相机6拍摄的无待测流体时背景图像靶板4的图像和激光照射待测流体时的背景图像靶板4的图像，根据第一CCD相机5拍摄的激光照射下的多个荧光示踪粒子在不同时刻的荧光示踪粒子图像，得到测试场中每个荧光示踪粒子的瞬时速度矢量，由每个荧光示踪粒子的瞬时速度矢量就能得到测试场的速度场分布，并根据第二CCD相机6拍摄的无待测流体时背景图像靶板4的图像和激光照射待测流体时以背景图像靶板4为背景的待测流体图像，得到测试场中不同位置的密度值，由不同位置的密度值就能得到测试场的密度场分布。

激光发射系统包括：激光器2和导光臂3。

激光器2用来提供脉冲激光光源。激光光源可为脉冲激光光源、脉冲激光泵浦激发的非线性脉冲光源或电泵浦激发产生的脉冲光源中的一种。激光光源脉冲能量和脉冲频率的选择需匹配荧光粒子类型和测量工况。根据所测流场尺寸的大小可调整激光光源为片光源或面光源。

激光器2与导光臂3的一端连接，导光臂3的另一端设置于可视化测试管道1的正上方。激光器2用于通过导光臂3向可视化测试管道1中的待测流体垂直发射激光。导光臂3内部设置有透镜系统，激光器2、导光臂3(自带透镜系统)可以直接成套购买。

若采用高采集频率和高分辨率CCD相机、合理调整采集时序，可进一步提高采集频率和精度。

下面结合本发明的具体实施方式来进一步说明本发明的方案：

具体实施方式1

本实施例的激光器2为Nd:YAG双腔激光器，脉冲频率为15Hz，激光波长为550nm，脉冲能量为120MJ，脉宽为10-12ns。调整激光器2发射的激光光源为片光源，片光厚度为1mm，垂直照射流场。

第一CCD相机5和第二CCD相机6均为高速跨帧CCD相机，两台高速跨帧CCD相机最短跨帧时间为0.5μs，在保证相机分辨率为1280×800pixels的情况下采集频率可达到1630Hz。BOS相机(第二CCD相机6)镜头前加盖波长为550nm±5nm的窄带滤光片只捕捉激光信号，而PIV相机(第一CCD相机5)镜头前配备波长为580nm的单通滤光片只捕捉荧光信号。两台相机相邻布置，与片光光源呈90°放置。

荧光示踪粒子为封装了若丹明B荧光染料的FLUOSTAR高分子聚合物微球，微球尺寸为15μm。该荧光粒子激发波长为550nm，荧光发射波长为580nm，在绿色激光照射下会发出橙色荧光。该微球具有很高的荧光发射效率，在功率仅有5毫瓦的激光指示笔的照射下即可观察到强烈橙色荧光，特别适合粒子成像测速应用。

背景图像靶板4为一定尺寸大小的黑色靶板，靶板上布置规则斑点。

采用德国LaVision公司的DaVis7.2软件，该软件可同步控制激光器2和两台高速跨帧CCD相机，同步控制器7的最小延迟时间为0.25ns。测试系统控制时序如图2所示。

具体实施方式2

本实施例提供了一种超临界CO₂流动传热过程中速度场和密度场同步测量系统。

超临界CO₂流经尺寸为10mm*10mm*600mm矩形不锈钢管道，在外壁面施加一定热量，在出口处连接管长为100mm的可视化测试段，工质的质量流速为600kg/(m²·s)，温度范围35-50℃，压力8MPa。具体设置如下：

1.确定实验段、相机、背景图像及激光打光位置；以试验段所在位置为参照，调整激光束从试验段中心位置垂直穿过；PIV和BOS两台相机并列放置，正对实验测量截面，背景图像则以测试段为中心正对BOS相机，两台相机及背景图像靶板4均与激光光路呈90°角；调整两台相机位置及高度，确保拍摄的照片出现在计算机屏幕的中央。

2.根据实际测量工况设置激光脉冲时间、激光强度、两台CCD高速相机曝光时间、延迟时间和分辨率。

3.CCD相机尺寸标定；CCD相机拍摄得到的图片横纵坐标都是以像素表示，需确定像素与实际尺寸之间的转换关系，以方便对实验结果进行分析。

4.拍摄无流场时的背景图案图片，作为后续光线偏折率计算基准。

5.速度场和密度场图片信息捕捉；向流体中加入荧光示踪粒子，保证每个判询域内(尺寸为32×32pixels)有20个左右的荧光示踪粒子，流动稳定后，两台镜头前加盖了不同波长滤光片的跨帧CCD相机同时拍摄多张图片信息。

本方明提供的系统简单，应用范围广泛，测量精度高。

对应于一种速度场和密度场同步测量系统，本发明还提供给了一种速度场和密度场同步测量方法，如图3所示，方法包括：

S301，获取可视化测试管道1无待测流体时背景图像靶板4的图像，作为背景图像。

S302，激光器2向可视化测试管道1中的待测流体垂直发射激光。

S303，在不同的时刻分别利用第一CCD相机5获取可视化测试管道1中在激光照射下的多个荧光示踪粒子的荧光示踪粒子图像。

S304，利用第二CCD相机6获取可视化测试管道1中激光照射待测流体时以背景图像靶板4为背景的待测流体图像。

S305，根据不同的时刻获取的荧光示踪粒子图像，获得测试场中每个荧光示踪粒子的瞬时速度矢量，具体包括：

根据相邻时刻获取的荧光示踪粒子图像，利用后处理软件，计算获得每个荧光示踪粒子的偏移位移。

根据每个荧光示踪粒子的偏移位移，利用公式

获得每个荧光示踪粒子的瞬时速度矢量。

其中，v为每个荧光示踪粒子的瞬时速度矢量，Δx为每个荧光示踪粒子的偏移位移，Δt为每个荧光示踪粒子的偏移位移对应的时间(拍摄频率足够小)。

S306，根据背景图像和待测流体图像，获得测试场中不同位置的密度值，具体包括：

根据背景图像和待测流体图像，利用后处理软件，计算获得背景图像靶板4上斑点的偏移量。

根据背景图像靶板4上斑点的偏移量，获得背景图像靶板4上斑点的偏移角。

根据背景图像靶板4上斑点的偏移角，利用公式

获得待测流体的折射率。

根据待测流体的折射率，利用盖斯定律n＝κρ+1，获得测试场中不同位置的密度值。

其中，θ为背景图像靶板4上斑点的偏移角，n为待测流体的折射率，x为x轴方向，y为y轴方向，κ为混合工质的折射度，ρ为测试场中不同位置的密度值。

本发明具有以下有益技术效果：

(1)本发明将PIV技术和BOS技术相结合，创造性地提出了一种速度场及密度场同步测量系统及方法。

(2)测试系统构型简单；在传统的PIV系统中增加一个背景图案和CCD相机即可；系统中采用激光作为BOS系统的光源，可有效提高密度测量精度，采用高速跨帧CCD相机、高频率激光器，结合合理的采集时序，还可进一步提高物理场参数的采集频率。

(3)具有PIV和BOS测量技术的共同优点；可实现全场无接触式定量测量，对流场无干扰。

(4)系统适用范围广泛；对于不同相态的流动传热过程(如超临界流体或亚临界流体)，以及不同尺寸的流场(如常规尺寸或微通道)，均可采用本系统及方法进行测量。

(5)测试方法简单易行；PIV技术和BOS技术在浓度场和密度场单一物理场测量方面已有众多成功案例，在实验系统操作方面积累了大量的经验，可为本发明提出的同步测量系统提供了有益参考。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种速度场和密度场同步测量系统，其特征在于，所述系统包括：可视化测试管道、激光发射系统、背景图像靶板、第一CCD相机和第二CCD相机；

带有多个荧光示踪粒子的待测流体从所述可视化测试管道中流过；

所述激光发射系统向所述可视化测试管道垂直发射激光；

所述背景图像靶板设置于所述可视化测试管道的一侧；所述第一CCD相机和所述第二CCD相机并列设置于所述可视化测试管道的另一侧；所述背景图像靶板与所述第一CCD相机、所述第二CCD相机相对设置；所述背景图像靶板、所述第一CCD相机和所述第二CCD相机均与所述激光发射系统发射的激光光路垂直；

所述第一CCD相机用于拍摄所述可视化测试管道中在所述激光照射下的多个所述荧光示踪粒子在不同时刻的荧光示踪粒子图像，以获得速度场的分布；

所述第二CCD相机用于拍摄在所述可视化测试管道无待测流体时所述背景图像靶板的图像，并用于拍摄在所述可视化测试管道有待测流体时，所述激光照射所述待测流体时以所述背景图像靶板为背景的待测流体图像，以获得密度场的分布。

2.根据权利要求1所述的速度场和密度场同步测量系统，其特征在于，所述系统还包括：同步控制器；

所述同步控制器分别与所述激光发射系统、所述第一CCD相机和所述第二CCD相机连接，所述同步控制器用于控制所述激光发射系统的工作时序、所述第一CCD相机的工作时序和所述第二CCD相机的工作时序，使所述激光发射系统发射激光时，所述第一CCD相机和所述第二CCD相机同步拍摄图像。

3.根据权利要求2所述的速度场和密度场同步测量系统，其特征在于，所述系统还包括：电脑；

所述电脑与所述同步控制器连接，所述电脑用于获取控制信号，并将所述控制信号传输至所述同步控制器；

所述电脑还与所述第一CCD相机和所述第二CCD相机连接，所述电脑用于采集所述第一CCD相机拍摄的所述激光照射下的多个所述荧光示踪粒子在不同时刻的荧光示踪粒子图像、所述第二CCD相机拍摄的无待测流体时所述背景图像靶板的图像和所述激光照射所述待测流体时的所述背景图像靶板的图像，根据所述第一CCD相机拍摄的所述激光照射下的多个所述荧光示踪粒子在不同时刻的荧光示踪粒子图像，得到测试场中每个荧光示踪粒子的瞬时速度矢量，并根据所述第二CCD相机拍摄的无待测流体时所述背景图像靶板的图像和所述激光照射所述待测流体时以所述背景图像靶板为背景的待测流体图像，得到测试场中不同位置的密度值。

4.根据权利要求1所述的速度场和密度场同步测量系统，其特征在于，所述激光发射系统包括：激光器和导光臂；

所述激光器与所述导光臂的一端连接，所述导光臂的另一端设置于所述可视化测试管道的正上方；所述激光器用于通过所述导光臂向所述可视化测试管道中的所述待测流体垂直发射激光。

5.根据权利要求1所述的速度场和密度场同步测量系统，其特征在于，所述第一CCD相机的镜头前设置有单通滤光片；所述单通滤光片的波长与所述荧光示踪粒子发射波长相同；所述第二CCD相机的镜头前设置有窄带滤光片，所述窄带滤光片的波长在以所述激光发射波长为中心的预设波长范围内。

6.一种速度场和密度场同步测量方法，其特征在于，所述方法包括：

获取可视化测试管道无待测流体时背景图像靶板的图像，作为背景图像；

激光器向可视化测试管道中的待测流体垂直发射激光；

在不同的时刻分别利用第一CCD相机获取所述可视化测试管道中在所述激光照射下的多个荧光示踪粒子的荧光示踪粒子图像；

利用第二CCD相机获取所述可视化测试管道中所述激光照射所述待测流体时以所述背景图像靶板为背景的待测流体图像；

根据不同的时刻获取的所述荧光示踪粒子图像，获得测试场中每个荧光示踪粒子的瞬时速度矢量；

根据所述背景图像和所述待测流体图像，获得测试场中不同位置的密度值。

7.根据权利要求6所述的速度场和密度场同步测量方法，其特征在于，所述根据不同的时刻获取的所述荧光示踪粒子图像，获得测试场中每个荧光示踪粒子的瞬时速度矢量，具体包括：

根据相邻时刻获取的荧光示踪粒子图像，获得每个荧光示踪粒子的偏移位移；

根据每个所述荧光示踪粒子的偏移位移，利用公式

获得每个所述荧光示踪粒子的瞬时速度矢量；

其中，v为每个所述荧光示踪粒子的瞬时速度矢量，Δx为每个所述荧光示踪粒子的偏移位移，Δt为每个所述荧光示踪粒子的偏移位移对应的时间。

8.根据权利要求6所述的速度场和密度场同步测量方法，其特征在于，所述根据所述背景图像和所述待测流体图像，获得测试场中不同位置的密度值，具体包括：

根据所述背景图像和所述待测流体图像，获得所述背景图像靶板上斑点的偏移量；

根据所述背景图像靶板上斑点的偏移量，获得所述背景图像靶板上斑点的偏移角；

根据所述背景图像靶板上斑点的偏移角，利用公式

获得所述待测流体的折射率；

根据所述待测流体的折射率，利用盖斯定律n＝κρ+1，获得测试场中不同位置的密度值；

其中，θ为所述背景图像靶板上斑点的偏移角，n为所述待测流体的折射率，x为x轴方向，y为y轴方向，κ为混合工质的折射度，ρ为测试场中不同位置的密度值。

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