CN111562081A - 流场测试方法和装置、电子设备及计算机可读存储介质 - Google Patents

流场测试方法和装置、电子设备及计算机可读存储介质 Download PDF

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CN111562081A CN202010367322.5A CN202010367322A CN111562081A CN 111562081 A CN111562081 A CN 111562081A CN 202010367322 A CN202010367322 A CN 202010367322A CN 111562081 A CN111562081 A CN 111562081A
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唐瑒
周宏禹
吴燕雄
周翔辉
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Abstract

本申请实施例提供的流场测试方法和装置、电子设备及计算机可读存储介质,涉及流场测试技术领域。在本申请实施例中,首先,针对流场中的每个测量点,获取该测量点返回的光信号和位置信息。其次,对所述光信号进行预处理,并根据预设的计算公式对预处理后的光信号进行计算,得到该测量点的风速。然后,根据每个测量点的风速和位置信息得到流场图形。通过上述方法,可以提高流场测试的精度。

Description

流场测试方法和装置、电子设备及计算机可读存储介质
技术领域
本申请涉及流场测试技术领域,具体而言,涉及一种流场测试方法和装置、电子设备及计算机可读存储介质。
背景技术
目前,对空气动力的研究主要使用空速管、热线仪等设备,这些设备都是将其它物理量转化为风速信息,在转化过程中都会引入误差,测试精度较差,这些设备都是接触式的测试方式,在测试过程中会改变空气流场,不能真实的反应空气流场的变化。
在现有技术中,上述接触式的测试方式误差较大,从而存在着流场测试的精度低的问题。
发明内容
有鉴于此,本申请的目的在于提供一种流场测试方法和装置、电子设备及计算机可读存储介质,以改善现有技术中存在的问题。
为实现上述目的,本申请实施例采用如下技术方案:
一种流场测试方法,包括:
针对流场中的每个测量点,获取该测量点返回的光信号和位置信息;
对所述光信号进行预处理,并根据预设的计算公式对预处理后的光信号进行计算,得到该测量点的风速;
根据每个测量点的风速和位置信息得到流场图形。
在本申请实施例较佳的选择中,每个测量点返回的为三个方向上的光信号,所述对所述光信号进行预处理,并根据预设的计算公式对预处理后的光信号进行计算,得到该测量点的风速的步骤,包括:
对测量点返回的三个方向上的光信号分别进行频谱分析处理和特征分析处理,得到三个方向上的径向风速;
根据预设的计算公式,对三个方向上的所述径向风速进行计算得到所述测量点的风速。
在本申请实施例较佳的选择中,所述计算公式包括:
Vx=V1Cosθ+V2Cosθ;
Vy=V2Cosθ;
Vz=V1Sinθ+V2Sinθ+V3Sinθ;
Figure BDA0002476959850000021
Figure BDA0002476959850000022
其中,V1表示第一方向的径向风速,V2表示第二方向的径向风速,V3表示第三方向的径向风速,V表示所述测量点的风速大小,θ表示三个方向上的径向风速与水平方向的夹角,α表示所述测量点的风速方向。
在本申请实施例较佳的选择中,所述对测量点返回的三个方向上的光信号分别进行频谱分析处理和特征分析处理,得到三个方向上的径向风速的步骤,包括:
针对每个方向上的所述光信号,分别根据频谱分布进行频谱分析处理,得到该方向上的所述光信号对应的输出帧;
对所述输出帧进行特征分析处理,得到所述输出帧对应的径向风速,作为该方向上的径向风速。
在本申请实施例较佳的选择中,所述针对每个方向上的所述光信号,分别根据频谱分布进行频谱分析处理,得到该方向上的所述光信号对应的输出帧的步骤,包括:
针对每个方向上的所述光信号,分别进行全局分析处理,得到第一时域信号;
对该方向上的所述光信号中的低频部分进行低速分析处理,得到第二时域信号;
对该方向上的所述光信号中的高频信号进行高速分析处理,得到第三时域信号;
对所述第一时域信号、第二时域信号和第三时域信号进行同步处理,得到该方向上的所述光信号对应的输出帧。
在本申请实施例较佳的选择中,所述对所述输出帧进行特征分析处理,得到所述输出帧对应的径向风速的步骤,包括:
根据所述输出帧的特征点计算频移量;
根据所述频移量和预设的多普勒公式进行计算得到所述输出帧对应的径向风速。
在本申请实施例较佳的选择中,所述根据所述输出帧的特征点计算频移量的步骤,包括:
获取所述输出帧的所有特征点,并对所述所有特征点进行筛选处理,得到相关特征点;
根据所述相关特征点计算频移量。
本申请实施例还提供了一种流场测试装置,包括:
信号获取模块,用于针对流场中的每个测量点,获取该测量点返回的光信号和位置信息;
风速计算模块,用于对所述光信号进行预处理,并根据预设的计算公式对预处理后的光信号进行计算,得到该测量点的风速;
流场图形获取模块,用于根据每个测量点的风速和位置信息得到流场图形。
本申请实施例还提供了一种电子设备,包括存储器和处理器,所述处理器用于执行所述存储器中存储的可执行的计算机程序,以实现上述的流场测试方法。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被执行时实现上述流场测试方法的步骤。
本申请实施例提供的流场测试方法和装置、电子设备及计算机可读存储介质,根据预设的计算公式对预处理后的光信号进行计算,得到测量点的风速,根据每个测量点的风速和位置信息得到流场图形以减小误差,避免了现有技术中接触式的测试方式误差较大,所导致的流场测试的精度低的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的电子设备的结构框图。
图2为本申请实施例提供的流场测试方法的流程示意图。
图3为本申请实施例提供的步骤S120的流程示意图。
图4为本申请实施例提供的步骤S121的流程示意图。
图5为本申请实施例提供的流场测试装置的结构框图。
图标:10-电子设备;12-存储器;14-处理器;100-流场测试装置;110-信号获取模块;120-风速计算模块;130-流场图形获取模块。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请保护的范围。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
如图1所示,本申请实施例提供了一种电子设备10。其中,所述电子设备10可以包括存储器12、处理器14和流场测试装置100。
详细地,所述存储器12和处理器14之间直接或间接地电性连接,以实现数据的传输或交互。例如,相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述流场测试装置100包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器12中的软件功能模块。所述处理器14用于执行所述存储器12中存储的可执行的计算机程序,例如,所述流场测试装置100所包括的软件功能模块及计算机程序等,以实现流场测试方法。
其中,所述存储器12可以是,但不限于,随机存取存储器(Random Access Memory,RAM),只读存储器(Read Only Memory,ROM),可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory,PROM),可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory,EPROM),电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory,EEPROM)等。
所述处理器14可能是一种集成电路芯片,具有信号的处理能力。上述的处理器14可以是通用处理器,包括中央处理器(Central Processing Unit,CPU)、网络处理器(Network Processor,NP)、片上系统(System on Chip,SoC)等。
可以理解,图1所示的结构仅为示意,所述电子设备10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件,或者具有与图1所示不同的配置。
结合图2,本申请实施例还提供一种可应用于上述电子设备10的流场测试方法。其中,所述流场测试方法有关的流程所定义的方法步骤可以由所述电子设备10实现,下面将对图2所示的具体流程进行详细阐述。
步骤S110,针对流场中的每个测量点,获取该测量点返回的光信号和位置信息。
在本申请实施例中,所述电子设备10可以获取所述测量点返回的光信号和位置信息。
步骤S120,对所述光信号进行预处理,并根据预设的计算公式对预处理后的光信号进行计算,得到该测量点的风速。
在本申请实施例中,通过步骤S110得到所述测量点返回的光信号之后,可以根据所述预设的计算公式对预处理后的光信号进行计算,得到该测量点的风速。
步骤S130,根据每个测量点的风速和位置信息得到流场图形。
在本申请实施例中,通过步骤S120计算得到该测量点的风速之后,可以根据每个测量点的风速和位置信息得到流场图形。
通过上述方法,根据预设的计算公式对预处理后的光信号进行计算,得到测量点的风速,根据每个测量点的风速和位置信息得到流场图形以减小误差,避免了现有技术中接触式的测试方式误差较大,所导致的流场测试的精度低的问题。
对于步骤S110,需要说明的是,所述测量点返回的光信号的具体数量不受限制,可以根据实际应用需求进行设置。
例如,在一种可以替代的示例中,所述测量点返回的光信号的具体数量为一个,为一个方向上的光信号。
又例如,在另一种可以替代的示例中,所述测量点返回的光信号的具体数量为三个,分别为三个方向上的光信号。需要说明的是,所述电子设备10可以分别与外部的三个光学天线连接,接收所述光学天线返回的光信号。
其中,所述光学天线的具体排列方式不受限制,可以根据实际应用需求进行设置。
例如,在一种可以替代的示例中,所述光学天线可以通过阵列方式进行排列。可以基于光开关进行点阵列空气动力测试,以较高切换速度将单束光信号依次切换到各个测量点并高精度的测量该点风速,最高支持到64个测量点。每一个测量点由一个固定光学天线测量,由于测速组件相同,光学天线仅承担光信号收发,不涉及多普勒效应,因此所有测量点的测试精度完全一致。与单通道传感器相比,多通道传感器仅需额外增加光缆和光学天线的成本,因此具有价格成本低,应用范围广、测试速度快的特点,主要应用于流场快速变化的场景。
又例如,在另一种可以替代的示例中,所述光学天线可以通过扫描方式进行排列。可以通过转台、导轨等设备让单个或一组镜头在不同的位置和角度进行扫描,此方法操作简单,可以依次对流场内进行点轨迹的扫描,具有测试点多的特点。例如,可以设置三个镜头,可以分别在X、Y、Z三个轴向上进行平移,同时每个镜头还可以单独进行水平方向的转动,主要运用于需要测试点多的场景。
需要说明的是,天线的作用是接收和发射信号,根据工作的电磁波长,可分为微波天线、射频天线和光波天线。光波天线主要用于接收和发射光波信号,如一个透镜可以将入射的平行光集中在焦点,使焦点处的像得到加强,类似于天线的作用。在纳米光器件中,利用金属的表面等离子效应,可以把光汇聚在一点,使该点的光得到加强。
可选地,所述光学天线的具体类型不受限制,可以根据实际应用需求进行设置。例如,根据材料的不同,光学天线可以分为介质光学天线和金属光学天线。
其中,介质光学天线可以作为近场光学探针对样本表面的隐逝场进行散射,实现局域场与传播场的相互转换。金属光学天线一般由金属纳米结构组成,利用金属纳米结构与光的作用实现传播场与局域场的相互转换和电磁场局域加强。
需要说明的是,所述位置信息的具体类型不受限制,可以根据实际应用需求进行设置。
例如,在一种可以替代的示例中,所述位置信息可以是所述测量点的三维坐标。
对于步骤S120,需要说明的是,所述对所述光信号进行预处理,并根据预设的计算公式对预处理后的光信号进行计算,得到该测量点的风速的具体方式不受限制,可以根据实际应用需求进行设置。
例如,在一种可以替代的示例中,结合图3,步骤S120可以包括步骤S121和步骤S122。
步骤S121,对测量点返回的三个方向上的光信号分别进行频谱分析处理和特征分析处理,得到三个方向上的径向风速。
步骤S122,根据预设的计算公式,对三个方向上的所述径向风速进行计算得到所述测量点的风速。
对于步骤S121,需要说明的是,所述对测量点返回的三个方向上的光信号分别进行频谱分析处理和特征分析处理,得到三个方向上的径向风速的具体方式不受限制,可以根据实际应用需求进行设置。
例如,在一种可以替代的示例中,结合图4,步骤S121可以包括步骤S1211和步骤S1212。
步骤S1211,针对每个方向上的所述光信号,分别根据频谱分布进行频谱分析处理,得到该方向上的所述光信号对应的输出帧。
步骤S1212,对所述输出帧进行特征分析处理,得到所述输出帧对应的径向风速,作为该方向上的径向风速。
对于步骤S1211,需要说明的是,所述针对每个方向上的所述光信号,分别根据频谱分布进行频谱分析处理,得到该方向上的所述光信号对应的输出帧的具体方式不受限制,可以根据实际应用需求进行设置。
例如,在一种可以替代的示例中,步骤S1211,可以包括以下子步骤:
首先,针对每个方向上的所述光信号,分别进行全局分析处理,得到第一时域信号。其次,对该方向上的所述光信号中的低频部分进行低速分析处理,得到第二时域信号。然后,对该方向上的所述光信号中的高频信号进行高速分析处理,得到第三时域信号。最后,对所述第一时域信号、第二时域信号和第三时域信号进行同步处理,得到该方向上的所述光信号对应的输出帧。
其中,对所述光信号进行全局分析处理,可以实现功率分析和概率分析,最高可实现0.1%FS的频谱分辨率,并保留最多的原始细节供上位机软件进行相关性分析、回归分析、似然性分析等。
可选地,所述针对每个方向上的所述光信号,分别进行全局分析处理,得到第一时域信号的具体方式不受限制,可以根据实际应用需求进行设置。
例如,在一种可以替代的示例中,可以先将所述光信号通过平衡探测器进行转化处理,得到对应的电信号。其次,对所述电信号进行窗函数处理,以减少在对所述电信号进行截断中产生的频谱分量。然后,对进行窗函数处理之后的电信号进行FFT处理,并分别进行功率分析和概率分析处理之后进行时域累积处理,得到所述第一时域信号。
并且,为了优化低速测量能力,可以对所述光信号中的低频部分进行低速分析处理,可实现功率分析和概率分析,最高可实现0.05%FS的频谱分辨率,可保留一部分原始细节。
可选地,所述对该方向上的所述光信号中的低频部分进行低速分析处理,得到第二时域信号的具体方式不受限制,可以根据实际应用需求进行设置。
例如,在一种可以替代的示例中,可以先对所述光信号中的低频部分通过平衡探测器进行转化处理,得到对应的电信号。其次,对所述电信号进行滤波处理和窗函数处理。然后,对进行滤波处理和窗函数处理之后的电信号进行FFT处理,并分别进行功率分析和概率分析处理之后进行时域累积处理,得到所述第二时域信号。
进一步地,为了优化高速测量能力,可以对所述光信号中的高频部分进行高速分析处理,最高可实现0.05%FS的频谱分辨率。
可选地,所述对该方向上的所述光信号中的高频信号进行高速分析处理,得到第三时域信号的具体方式不受限制,可以根据实际应用需求进行设置。
例如,在一种可以替代的示例中,可以先对所述光信号中的高频部分通过平衡探测器进行转化处理,得到对应的电信号。其次,对所述电信号进行移相处理、滤波处理和窗函数处理。然后,对处理之后的电信号进行FFT处理,并进行功率分析处理之后进行时域累积处理,得到所述第三时域信号。
对于步骤S1212,所述对所述输出帧进行特征分析处理,得到所述输出帧对应的径向风速的具体方式不受限制,可以根据实际应用需求进行设置。
例如,在一种可以替代的示例中,步骤S1212可以包括以下子步骤:
首先,根据所述输出帧的特征点计算频移量。其次,根据所述频移量和预设的多普勒公式进行计算得到所述输出帧对应的径向风速。
需要说明的是,所述输出帧可以是一帧浮点数组,在对所述输出帧进行处理之前,可以对所述输出帧进行噪声补偿处理。可以通过将浮点数组乘一个数据以对所述输出帧进行噪声补偿处理,以减少背景噪声对后续分析的影响,拟制出的频谱可以为平滑的曲线,减少频谱图中其它的噪声点对风速信号的影响,因为测试得到的风速信号较低,如果噪声点较多的话可能会将风速信号淹没。然后,可以根据所述浮点数组绘制对应的频谱图,根据所述频谱图的幅值和频宽得到所述输出帧的体征点。
可选地,所述根据所述输出帧的特征点计算频移量的具体方式不受限制,可以根据实际应用需求进行设置。
例如,在一种可以替代的示例中,所述根据所述输出帧的特征点计算频移量的步骤可以包括以下子步骤:
首先,获取所述输出帧的所有特征点,并对所述所有特征点进行筛选处理,得到相关特征点。其次,根据所述相关特征点计算频移量。
对于步骤S122,需要说明的是,所述计算公式的具体类型不受限制,可以根据实际应用需求进行设置。
例如,在一种可以替代的示例中,所述计算公式可以包括:
Vx=V1Cosθ+V2Cosθ;
Vy=V2Cosθ;
Vz=V1Sinθ+V2Sinθ+V3Sinθ;
Figure BDA0002476959850000111
Figure BDA0002476959850000112
其中,V1表示第一方向的径向风速,V2表示第二方向的径向风速,V3表示第三方向的径向风速,V表示所述测量点的风速大小,θ表示三个方向上的径向风速与水平方向的夹角,α表示所述测量点的风速方向。
对于步骤S130,需要说明的是,在得到每个测量点的风速和位置信息之后,可以对每个测量点的风速和位置信息进行合成处理,得到流场图形进行测试。也就是说,可以将每个测量点的风速和三维坐标一一对应,从而生成流场图形。
结合图5,本发明实施例还提供了一种流场测试装置100,可以应用于上述的电子设备10。其中,该流场测试装置100可以包括信号获取模块110、风速计算模块120和流场图形获取模块130。
所述信号获取模块110,用于针对流场中的每个测量点,获取该测量点返回的光信号和位置信息。在本实施例中,所述信号获取模块110可以用于执行图2所示的步骤S110,关于所述信号获取模块110的相关内容可以参照前文对步骤S110的具体描述。
所述风速计算模块120,用于对所述光信号进行预处理,并根据预设的计算公式对预处理后的光信号进行计算,得到该测量点的风速。在本实施例中,所述风速计算模块120可以用于执行图2所示的步骤S120,关于所述风速计算模块120的相关内容可以参照前文对步骤S120的具体描述。
所述流场图形获取模块130,用于根据每个测量点的风速和位置信息得到流场图形。在本实施例中,所述流场图形获取模块130可以用于执行图2所示的步骤S130,关于所述流场图形获取模块130的相关内容可以参照前文对步骤S130的具体描述。
在本申请实施例中,对应于上述的流场测试方法,还提供了一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质中存储有计算机程序,该计算机程序运行时执行上述流场测试方法的各个步骤。
其中,前述计算机程序运行时执行的各步骤,在此不再一一赘述,可参考前文对所述流场测试方法的解释说明。
综上所述,本申请实施例提供的流场测试方法和装置、电子设备及计算机可读存储介质,根据预设的计算公式对预处理后的光信号进行计算,得到测量点的风速,根据每个测量点的风速和位置信息得到流场图形以减小误差,避免了现有技术中接触式的测试方式误差较大,所导致的流场测试的精度低的问题。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种流场测试方法,其特征在于,包括:
针对流场中的每个测量点,获取该测量点返回的光信号和位置信息;
对所述光信号进行预处理,并根据预设的计算公式对预处理后的光信号进行计算,得到该测量点的风速;
根据每个测量点的风速和位置信息得到流场图形。
2.如权利要求1所述的流场测试方法,其特征在于,每个测量点返回的为三个方向上的光信号,所述对所述光信号进行预处理,并根据预设的计算公式对预处理后的光信号进行计算,得到该测量点的风速的步骤,包括:
对测量点返回的三个方向上的光信号分别进行频谱分析处理和特征分析处理,得到三个方向上的径向风速;
根据预设的计算公式,对三个方向上的所述径向风速进行计算得到所述测量点的风速。
3.如权利要求2所述的流场测试方法,其特征在于,所述计算公式包括:
Vx=V1Cosθ+V2Cosθ;
Vy=V2Cosθ;
Vz=V1Sinθ+V2Sinθ+V3Sinθ;
Figure FDA0002476959840000011
Figure FDA0002476959840000012
其中,V1表示第一方向的径向风速,V2表示第二方向的径向风速,V3表示第三方向的径向风速,V表示所述测量点的风速大小,θ表示三个方向上的径向风速与水平方向的夹角,α表示所述测量点的风速方向。
4.如权利要求2所述的流场测试方法,其特征在于,所述对测量点返回的三个方向上的光信号分别进行频谱分析处理和特征分析处理,得到三个方向上的径向风速的步骤,包括:
针对每个方向上的所述光信号,分别根据频谱分布进行频谱分析处理,得到该方向上的所述光信号对应的输出帧;
对所述输出帧进行特征分析处理,得到所述输出帧对应的径向风速,作为该方向上的径向风速。
5.如权利要求4所述的流场测试方法,其特征在于,所述针对每个方向上的所述光信号,分别根据频谱分布进行频谱分析处理,得到该方向上的所述光信号对应的输出帧的步骤,包括:
针对每个方向上的所述光信号,分别进行全局分析处理,得到第一时域信号;
对该方向上的所述光信号中的低频部分进行低速分析处理,得到第二时域信号;
对该方向上的所述光信号中的高频信号进行高速分析处理,得到第三时域信号;
对所述第一时域信号、第二时域信号和第三时域信号进行同步处理,得到该方向上的所述光信号对应的输出帧。
6.如权利要求4所述的流场测试方法,其特征在于,所述对所述输出帧进行特征分析处理,得到所述输出帧对应的径向风速的步骤,包括:
根据所述输出帧的特征点计算频移量;
根据所述频移量和预设的多普勒公式进行计算得到所述输出帧对应的径向风速。
7.如权利要求6所述的流场测试方法,其特征在于,所述根据所述输出帧的特征点计算频移量的步骤,包括:
获取所述输出帧的所有特征点,并对所述所有特征点进行筛选处理,得到相关特征点;
根据所述相关特征点计算频移量。
8.一种流场测试装置,其特征在于,包括:
信号获取模块,用于针对流场中的每个测量点,获取该测量点返回的光信号和位置信息;
风速计算模块,用于对所述光信号进行预处理,并根据预设的计算公式对预处理后的光信号进行计算,得到该测量点的风速;
流场图形获取模块,用于根据每个测量点的风速和位置信息得到流场图形。
9.一种电子设备,其特征在于,包括存储器和处理器,所述处理器用于执行所述存储器中存储的可执行的计算机程序,以实现权利要求1-7任意一项所述的流场测试方法。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,其上存储有计算机程序,该程序被执行时实现权利要求1-7任意一项所述流场测试方法的步骤。
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