CN116448269A - 基于背景纹影法的温度场、速度场同步测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于背景纹影法的温度场、速度场同步测量装置及方法，用于定量测量不可压缩流场的温度场和速度场。测量装置包括参考光束生成组件、流场、第一双侧远心透镜和相机，参考光束生成组件生成包含背景图像的平行光束，包含背景图像的平行光束经过流场后再入射至第一双侧远心透镜，接着经第一双侧远心透镜的透射后被相机采集。利用测量装置采集静态参考图像以及动态图像，从而重建获得待测流场的温度场和速度场。本发明采用远心背光光源提高背景图案的轮廓对比度和空间分辨率，使光线平行于光轴经过流场，因此可以得到无需矫正的定量数据，克服了传统向心背景纹影的光线沿程折射率二维简化引入较大的误差的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及流场可视化测量领域的一种温度场、速度场同步测量装置及方法，特别涉及一种基于背景纹影法的不可压缩流场的温度场、速度场同步测量装置及方法。
背景技术
实验和工程领域的流动过程中压力、速度、温度、密度、浓度等因素的时空不均匀分布的测量有很大需求。例如，在浸没式光刻中，浸没流场作为最后一块“液体镜头”内部流体需要不断更新，其中核心流场的温度稳定性以及均匀性是影响曝光质量的主要因素之一。由于浸没流场的复杂性以及热边界较多，很难使用仿真的方法获得可靠的流场及温度场分布。实验一般使用温度传感器进行单点式检测，通过布置多个传感器获得主流场中的温度分布信息，但是空间分辨率受限于物理尺寸和工装安装的影响，此外侵入式测量也有干扰流场的风险。
现有的流动显示与检测技术主要针对单一物理量。例如，常规的速度场检测方法：粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry,PIV)利用示踪粒子的速度代表流场相应位置流体微元的速度，通过互相关方法得到流场的速度场信息；常规温度场检测方法：纹影法(Schlieren)通过像面的照度变化，形成的不规则明暗条纹表现折射率的变化。激光诱导荧光(Laser-Induced Fluorescence,LIF)利用染料受到照射后发射荧光性质，获取流体流动中标量场(温度场、浓度场)的传输扩散信息。
背景纹影法(Background Oriented Schlieren Technique，BOS)是一种较新颖的流动检测技术，于2000年左右由Meier等人提出。BOS技术可以克服自发光对传统纹影技术照度变化带来的困难，同时使用PIV算法，省去了传统纹影技术复杂且昂贵的实验装置。BOS技术首先运用于定量测量气动光学中的密度场，之后扩展至气体温度场、随机介质折射率场以及流体自由表面的测量。
现有的温度场和速度场同步检测技术通常需要两套系统，例如，PIV联合PLIF技术同时测量流体速度场和标量场；LIF联合BOS同步测量浓度和密度场(详情见专利：CN111458533 A)；PIV联合BOS同步测量流体速度场和温度场。LIF方法可以通过标量图像反演的方法获得流场的浓度分布和速度场。但是，在半导体、生物医药、电子级化工等对于洁净度要求较高的领域，超洁净流控中需要严格防止颗粒物等污染物造成的玷污和磨损，因此传统的LIF以及PIV方法不适用，目前亟须开展研究一种非接触式且不引入污染的温度场-速度场同步测量与显示手段。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于背景纹影的温度场-速度场同步测量装置及方法，以实现对不可压缩流体的温度场和速度场的同步测量，可以获得视场内的温度场和速度场信息，还能降低系统复杂性，减小搭建多套系统的成本。使用双侧远心布置，克服了传统BOS系统分辨率和灵敏度的矛盾，提升空间分辨率；使用高速相机作为图像接收装置保证时间分辨率。
本发明所采用的技术方案包括如下步骤：
一、一种基于背景纹影法的温度场、速度场同步测量装置
测量装置包括参考光束生成组件、流场、第一双侧远心透镜和相机，参考光束生成组件生成包含背景图像的平行光束，包含背景图像的平行光束经过流场后再入射至第一双侧远心透镜，接着经第一双侧远心透镜的透射后被相机采集。
所述流场的两侧分别间隔设置有参考光束生成组件和第一双侧远心透镜，参考光束生成组件生成的包含背景图像的平行光束经流场的透射后直接入射至第一双侧远心透镜。
所述流场包括两块平板玻璃和流体，两块平板玻璃平行且间隔布置，两块平板玻璃之间填充有流体。
将所述流场中的其中一块平板玻璃替换为反射镜，参考光束生成组件和第一双侧远心透镜放置在靠近另一块平板玻璃一侧，参考光束生成组件生成的包含背景图像的平行光束与流场的侧面之间设置有夹角，第一双侧远心透镜的光轴与流场的侧面之间设置有夹角，包含背景图像的平行光束经流场的透射、反射镜的反射以及流场的再次透射后入射至第一双侧远心透镜中。
所述参考光束生成组件包括背景图案板、光源和第二双侧远心透镜；光源中出射的光束经第二双侧远心透镜后再从背景图案板中穿射后，获得包含背景图像的平行光束。
一、一种基于背景纹影法的温度场、速度场同步测量方法
步骤1：搭建基于背景纹影的温度场、速度场同步测量装置；
步骤2：利用温度场、速度场同步测量装置依次采集流场中充满空气的参考图像Iair(x，y，t0)、充满静止液体的参考图像Istatic(x，y，t0)、通入无温度梯度流体的参考图像Iflow(x，y，t0)以及通入有温度梯度流体的动态图像；
步骤3：根据充满空气的参考图像Iair(x，y，t0)、充满静止液体的参考图像Istatic(x，y，t0)、通入无温度梯度流体的参考图像Iflow(x，y，t0)，对通入有温度梯度流体的动态图像进行折射率场重建，获得当前待测流场待测流场的折射率场；
步骤4：根据当前待测流场待测流场的折射率场，计算获得当前待测流场的温度场；
步骤5：根据当前待测流场的温度场反演获得对应的速度场。
所述基于背景纹影的温度场、速度场同步装置包括参考光束生成组件、流场、第一双侧远心透镜和相机，参考光束生成组件生成包含背景图像的平行光束，包含背景图像的平行光束经过流场后再入射至第一双侧远心透镜，接着经第一双侧远心透镜的透射后被相机采集。
所述步骤2中，当流场中的流体为空气时，相机采集获得充满空气的参考图像Iair(x，y，t0)；当流场中的流体为静止液体时，相机采集获得充满静止液体的参考图像Istatic(x，y，t0)；当流场中的流体为无温度梯度流体时，相机采集获得通入无温度梯度流体的参考图像Iflow(x，y，t0)；当流场中的流体为有温度梯度流体时，相机采集获得通入有温度梯度流体的动态图像。
所述步骤3具体为：
3.1)对充满空气的参考图像Iair(x，y，t0)和充满静止液体的参考图像Istatic(x，y，t0)进行卷积后，获得背景图案偏移；
3.2)根据背景图案偏移，对通入无温度梯度流体的参考图像Iflow(x，y，t0)进行重新映射，获得参考背景图像Iremapping(x，y，t0)；
3.3)根据参考背景图像Iremapping(x，y，t0)以及有温度梯度流体的动态图像计算获得背景位移量；基于背景位移量，利用几何光学和费马原理建立有温度梯度流体的动态图像中背景图案位移与偏折角ε以及偏折角ε与折射率梯度的关系，获得当前待测流场的折射率场。
所述步骤5具体为：
根据当前待测流场的温度场，利用二阶中心差分方法计算分析获得温度场对应温度对流一扩散方程中的温度参数，然后基于温度参数反演计算速度场u。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种基于远心布置背景纹影技术的不可压缩流场温度场、速度场同步测量装置，该装置通过远心透镜平行光投影的方式代替传统背景纹影法的照明方法，可以得到无需矫正的定量数据，克服了传统向心背景纹影的光线沿程折射率二维简化引入较大的误差的缺点；本发明使用标量图像测速原理结合BOS方法，可以实现流场内温度场和速度场的同步测量。如果流场内为可压缩流体，则可以利用洛伦兹-洛伦兹公式得到流场的密度场，实现多物理场同步测量；与现有BOS与PIV结合测量温度场和速度场方法相比，本发明降低了系统复杂性，减小了搭建多套系统的成本。本发明可以用超洁净流场的温度场与速度场测量，或其它对洁净度要求较高的流场测量。
附图说明
图1为本发明中测量装置的实施例Ⅰ双侧布置远心透镜透射式方案的原理图。
图2为本发明中测量装置的实施例Ⅰ双侧布置远心透镜透射式方案的示意图。
图3为本发明中测量装置的实施例II双侧布置激光散斑透射式方案的示意图。
图4为本发明中测量装置的实施例III同侧布置远心透镜反射式方案的示意图。
图5为本发明中测量方法的流程示意图。
图中，1：背景图案板；2：流场；3：第一双侧远心透镜；31：第一正透镜；32：光阑；33：第二正透镜；4：光源；5：相机；6：数据处理器；7：平板玻璃；8：反射镜；9：激光器；10：全息扩束装置；11：孔；12：第三正透镜；13：流体；14：第二双侧远心透镜。
具体实施方式
下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述。
如图1所示，测量装置包括参考光束生成组件、、第一双侧远心透镜3和相机5，参考光束生成组件生成包含背景图像的平行光束，包含背景图像的平行光束经过流场2后再入射至第一双侧远心透镜3，接着经第一双侧远心透镜3的透射后被相机5采集，相机5与数据处理器6相连，第一双侧远心透镜3和相机5同光轴设置，入射至第一双侧远心透镜3的光束可与光轴存在夹角。
流场2包括两块平板玻璃7和流体13，两块平板玻璃7平行且间隔布置，两块平板玻璃7之间填充有流体13。
流场2的两侧分别间隔设置有参考光束生成组件和第一双侧远心透镜3，参考光束生成组件生成的包含背景图像的平行光束经流场2的偏折后直接入射至第一双侧远心透镜3。
将流场2中的其中一块平板玻璃7替换为反射镜8，参考光束生成组件和第一双侧远心透镜3放置在靠近平板玻璃7一侧，通过反射镜8保证相机的光轴与第一双侧远心透镜3的光轴重合，从而测量单侧透明流场温度分布。流场2的另一块平板玻璃7处设置有参考光束生成组件和第一双侧远心透镜3，参考光束生成组件和第一双侧远心透镜3与流场2之间分别间隔布置，参考光束生成组件和第一双侧远心透镜3之间也间隔布置。参考光束生成组件生成的包含背景图像的平行光束与流场2的侧面之间设置有夹角，第一双侧远心透镜3的光轴与流场2的侧面之间设置有夹角，包含背景图像的平行光束经流场2的透射、反射镜8的反射以及流场2的再次透射后入射至第一双侧远心透镜3中。
如图2和图4所示，参考光束生成组件包括背景图案板1、光源4和第二双侧远心透镜14；光源4，提供辐照强度稳定的光线，将背景图案1在高速相机5中成像；光源4和第二双侧远心透镜14构成远心光源，光线近似平行的入射到背景图案板1上，第一双侧远心透镜3和相机5保证背景图像近似平行入射到成像平面上，第一双侧远心透镜3和相机5组成的组件的放大倍率与第一双侧远心透镜中两个薄透镜的焦距有关，与纹影对象和背景以及相机的相对距离无关。光源4中出射的光束经第二双侧远心透镜14后再从背景图案板1中穿射后，获得包含背景图像的平行光束。具体实施中，背景图案板1为散布有随机点阵的透明屏。散布有随机点阵的透明屏和激光散斑产生的斑点在相机感光元件上的成像尺寸应该为3～5个像素大小。本发明的光学系统处于可以控制环境温度、湿度和噪声的微环境中，沿光路由于温度波动引起折射率变化产生的积分效应主要来自流场2。
第一双侧远心透镜3或第二双侧远心透镜14的结构由沿光轴依次间隔布置的第一正透镜31、第二正透镜33和光阑32组成，光阑32位于第一正透镜31的焦点处以及第二正透镜33的焦点处。第一正透镜31、第二正透镜33为正薄透镜，焦距分别为f1，f2。
如图3所示，参考光束生成组件包括激光器9、全息扩束装置10、第三正透镜12和孔11；孔11的孔径可以通过公式推算，与第三正透镜的焦距、激光器波长和一个常数参数相关，孔11正好位于第三正透镜的焦点处，激光器9中出射的光束经全息扩束装置10后再从孔11出射，从孔11中出射的光束经第三正透镜12透射后获得包含平行的散斑图案作为背景图案。
具体实施中，相机5为高速相机。高速相机5，空间分辨率要满足小于当地流场内分子扩散尺度λD，即相机拍摄的某一时刻的流场中，相邻两个像素在背景图案中所对应的距离要小于分子扩散尺度。流体的时间分辨率小于当地流场的分子扩散时间λD/U，U表示流体的平均速度；
数据处理器6，用于接收和储存高速相机输出的背景图案，并进行后处理计算，包括：背景位移预估、折射率场重建、折射率场转化温度场和温度场的标量图像测速。
测量方法依托基于背景纹影的高时空分辨率测量装置测得的温度场信息，采用直接反演温度场的对流扩散方程或积分最小化标量图像测速原理获取流场速度场信息，如图5所示，具体包括以下步骤：
步骤1：搭建基于背景纹影的温度场、速度场同步装置；
步骤2：利用温度场、速度场同步装置依次采集流场中充满空气的参考图像Iair(x，y，t0)、充满静止液体的参考图像Istatic(x，y，t0)、通入无温度梯度流体的参考图像Iflow(x，y，t0)以及通入有温度梯度流体的动态图像；
步骤2中，当流场2中的流体13为空气时，相机5采集获得充满空气的参考图像Iair(x，y，t0)；当流场2中的流体13为静止液体时，相机5采集获得充满静止液体的参考图像Istatic(x，y，t0)；当流场2中的流体13为无温度梯度流体时，相机5采集获得通入无温度梯度流体的参考图像Iflow(x，y，t0)；当流场2中的流体13为有温度梯度流体时，通入具有温度梯度的水作为纹影对象，由于温度分布不均匀产生光线偏折，相机5采集获得通入有温度梯度流体的动态图像。
步骤3：根据充满空气的参考图像Iair(x，y，t0)、充满静止液体的参考图像Istatic(x，y，t0)、通入无温度梯度流体的参考图像Iflow(x，y，t0)，对通入有温度梯度流体的动态图像进行折射率场重建，获得当前待测流场的折射率场；
步骤3具体为：
3.1)对充满空气的参考图像Iair(x，y，t0)和充满静止液体的参考图像Istatic(x，y，t0)进行卷积后，获得因透明玻璃平板7造成的背景图案偏移(Δx，Δy)；
3.2)根据因透明玻璃平板7造成的背景图案偏移(Δx，Δy)，对通入无温度梯度流体的参考图像Iflow(x，y，t0)进行重新映射，获得参考背景图像Iremapping(x，y，t0)；
3.3)根据参考背景图像Iremapping(x，y，t0)以及有温度梯度流体的动态图像，利用互相关算法、光流法或点追踪算法计算获得背景位移量，即(Δx′，Δy′)；基于背景位移量，利用几何光学和费马原理建立通入有温度梯度流体的动态图像中背景图案位移与偏折角ε以及偏折角ε与折射率梯度的关系，获得当前待测流场的折射率场。
步骤4：根据当前待测流场的折射率场，计算获得当前待测流场的温度场；
步骤4具体为：
利用热光系数dn/dT将当前待测流场的折射率场转化为温度场。
步骤5：根据当前待测流场的温度场反演获得对应的速度场。
步骤5具体为：
根据当前待测流场的温度场，利用二阶中心差分方法计算分析获得温度场对应温度对流一扩散方程中的温度参数，即温度的时间微分项、梯度项以及拉普拉斯项，然后基于温度参数反演计算速度场u。
温度的标量扩散方程为：
其中，为温度在时间的偏导数，/>为温度在空间上的梯度，κ为温度的扩散系数，/>为拉普拉斯项。
具体实施中，也可以使用积分最小化标量图像测速原理替代直接反演方法。
实施例一
一种双侧布置远心透镜透射式背景纹影系统，参考图2，包括背景图案板1、流体13、平板玻璃7、第一双侧远心透镜3、光源4、高速相机5、数据处理器6、第二双侧远心透镜14。光源4、第一双侧远心透镜3和高速相机5的光轴重合；平板玻璃7用于流场的观察窗口；背景图案板1为散布有随机点阵的透明屏。
光源4发出一定波长的球面入射光线经过第一双侧远心透镜3后变为平面入射光线，穿过背景图案板1屏幕后穿透流场2，因为待测流畅内折射率分布不均匀产生偏转，偏折光线经过第一双侧远心透镜3筛选再次与主光轴平行并汇聚到相机5感光元件上，使相机进行拍摄获得连续的图像，图像输出至数据处理器进行后处理。
一种同步测量温度场和速度场的方法，应用于实施例I提供的一种双侧布置远心透镜透射式背景纹影系统，方法包括：首先获取流道内充满空气的参考图像Iair(x，y，t0)，然后获取流道中充满静止液体的参考图像Istatic(x，y，t0)，对两个图像进行卷积操作，得到因透明玻璃平板造成的背景图案偏移(Δx，Δy)，然后拍摄通入流体(无温度梯度)的参考图像Iflow(x，y，t0)，并重新映射Iremapping(x，y，t0)作为最终无光学畸变场的参考背景图案，后通入具有温度梯度的流体并拍摄有光学畸变场的动态背景图案。
根据费马原理建立背景图案位移Δy′与偏折角ε，偏折角ε与折射率梯度的关系，求解泊松方程获得折射率场，具体为：
Δy′＝ZD tan ε
根据折射率场计算温度场，具体为：
其中n0是环境初始折射率，T0是环境初始温度，dn/dT是流体的热光系数。
根据温度场计算速度场。
其中为温度在时间的偏导数，/>为温度在空间上的梯度，κ为温度的扩散系数，/>为拉普拉斯项。可以通过二阶中心差分的方法得到时间微分项、梯度项、以及拉普拉斯项，然后反演计算速度场u(x，t)。进一步的，也可以使用积分最小化标量图像测速原理替代直接反演方法。
实施例二
一种双侧布置激光散斑透射式背景纹影系统，参考图3，包括激光器9、全息扩束装置10、小孔11、透镜12、流体13、平板玻璃7、第一双侧远心透镜3、高速相机5、数据处理器6。
实施例II与实施例I光学系统部分布置方法相同，部分装置相同，区别在于生成背景图像的另一种方式，其特征在于通过激光器9产生连续激光束经过全息扩散器10，一个小孔11和一个镜头12，生成了准直背景图像，背景图像直接穿过流体13投影到高速相机5的图像传感器上，在同一光束路径的截面上，散斑图案保持一致，适用于需要低信噪比的情况。
实施例三
一种同侧布置远心透镜反射式背景纹影系统，参考图4，包括背景图案板1、流体13、平板玻璃7、反射镜8、第一双侧远心透镜3、第二双侧远心透镜14、光源4、高速相机5、数据处理器6。实施例III与实施例Ⅰ光学系统部分的方案相同，区别在于高速相机与背景板布置在同侧，远心光源产生的准直光线首先进入平板玻璃7、流体13，经过反射镜8反射后再次出射经过流体13和平板玻璃7，由几何光学可知平板玻璃只会使光线产生沿轴方向的位移而不改变其方向；因为BOS研究的是沿光路折射率变化的积分效应，因此实施例III的积分长度(流场厚度)是原先的两倍，有利于检测小温度梯度，适用于单侧不透明流场的测量。
在本发明位置关系描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系的为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而允许稍微倾斜。同时，在附图的流程图示出的步骤虽然在流程图中显示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
以上内容和结构描述了本发明产品的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解。上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本发明范围之内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种基于背景纹影法的温度场、速度场同步测量装置，其特征在于，包括参考光束生成组件、流场(2)、第一双侧远心透镜(3)和相机(5)，参考光束生成组件生成包含背景图像的平行光束，包含背景图像的平行光束经过流场(2)后再入射至第一双侧远心透镜(3)，接着经第一双侧远心透镜(3)的透射后被相机(5)采集。
2.根据权利要求1所述的一种基于背景纹影法的温度场、速度场同步测量装置，其特征在于，所述流场(2)的两侧分别间隔设置有参考光束生成组件和第一双侧远心透镜(3)，参考光束生成组件生成的包含背景图像的平行光束经流场(2)的透射后直接入射至第一双侧远心透镜(3)。
3.根据权利要求1所述的一种基于背景纹影法的温度场、速度场同步测量装置，其特征在于，所述流场(2)包括两块平板玻璃(7)和流体(13)，两块平板玻璃(7)平行且间隔布置，两块平板玻璃(7)之间填充有流体(13)。
4.根据权利要求3所述的一种基于背景纹影法的温度场、速度场同步测量装置，其特征在于，将所述流场(2)中的其中一块平板玻璃(7)替换为反射镜(8)，参考光束生成组件和第一双侧远心透镜(3)放置在靠近另一块平板玻璃(7)一侧，参考光束生成组件生成的包含背景图像的平行光束与流场(2)的侧面之间设置有夹角，第一双侧远心透镜(3)的光轴与流场(2)的侧面之间设置有夹角，包含背景图像的平行光束经流场(2)的透射、反射镜(8)的反射以及流场(2)的再次透射后入射至第一双侧远心透镜(3)中。
5.根据权利要求1所述的一种基于背景纹影法的温度场、速度场同步测量装置，其特征在于，所述参考光束生成组件包括背景图案板(1)、光源(4)和第二双侧远心透镜(14)；光源(4)中出射的光束经第二双侧远心透镜(14)后再从背景图案板(1)中穿射后，获得包含背景图像的平行光束。
6.一种基于背景纹影法的温度场、速度场同步测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：搭建基于背景纹影的温度场、速度场同步测量装置；
步骤2：利用温度场、速度场同步测量装置依次采集流场中充满空气的参考图像Iair(x，y，t0)、充满静止液体的参考图像Istatic(x，y，t0)、通入无温度梯度流体的参考图像Iflow(x，y，t0)以及通入有温度梯度流体的动态图像；
步骤3：根据充满空气的参考图像Iair(x，y，t0)、充满静止液体的参考图像Istatic(x，y，t0)、通入无温度梯度流体的参考图像Iflow(x，y，t0)，对通入有温度梯度流体的动态图像进行折射率场重建，获得当前待测流场待测流场的折射率场；
步骤4：根据当前待测流场待测流场的折射率场，计算获得当前待测流场的温度场；
步骤5：根据当前待测流场的温度场反演获得对应的速度场。
7.根据权利要求6所述的一种基于背景纹影法的温度场、速度场同步测量方法，其特征在于，所述基于背景纹影的温度场、速度场同步装置包括参考光束生成组件、流场(2)、第一双侧远心透镜(3)和相机(5)，参考光束生成组件生成包含背景图像的平行光束，包含背景图像的平行光束经过流场(2)后再入射至第一双侧远心透镜(3)，接着经第一双侧远心透镜(3)的透射后被相机(5)采集。
8.根据权利要求6所述的一种基于背景纹影法的温度场、速度场同步测量方法，其特征在于，所述步骤2中，当流场(2)中的流体(13)为空气时，相机(5)采集获得充满空气的参考图像Iair(x，y，t0)；当流场(2)中的流体(13)为静止液体时，相机(5)采集获得充满静止液体的参考图像Istatic(x，y，t0)；当流场(2)中的流体(13)为无温度梯度流体时，相机(5)采集获得通入无温度梯度流体的参考图像Iflow(x，y，t0)；当流场(2)中的流体(13)为有温度梯度流体时，相机(5)采集获得通入有温度梯度流体的动态图像。
9.根据权利要求7所述的一种基于背景纹影法的温度场、速度场同步测量方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
3.1)对充满空气的参考图像Iair(x，y，t0)和充满静止液体的参考图像Istatic(x，y，t0)进行卷积后，获得背景图案偏移；
3.2)根据背景图案偏移，对通入无温度梯度流体的参考图像Iflow(x，y，t0)进行重新映射，获得参考背景图像Iremapping(x，y，t0)；
3.3)根据参考背景图像Iremapping(x，y，t0)以及有温度梯度流体的动态图像计算获得背景位移量；基于背景位移量，利用几何光学和费马原理建立有温度梯度流体的动态图像中背景图案位移与偏折角ε以及偏折角ε与折射率梯度的关系，获得当前待测流场的折射率场。
10.根据权利要求6所述的一种基于背景纹影法的温度场、速度场同步测量方法，其特征在于，所述步骤5具体为：
根据当前待测流场的温度场，利用二阶中心差分方法计算分析获得温度场对应温度对流-扩散方程中的温度参数，然后基于温度参数反演计算速度场u。
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| CN202310319222.9A CN116448269A (zh) | 2023-03-29 | 2023-03-29 | 基于背景纹影法的温度场、速度场同步测量装置及方法 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117455919A (zh) * | 2023-12-25 | 2024-01-26 | 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 | 基于虚拟刀口的背景纹影方法、装置、设备及介质 |
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2023
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| CN117455919A (zh) * | 2023-12-25 | 2024-01-26 | 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 | 基于虚拟刀口的背景纹影方法、装置、设备及介质 |
| CN117455919B (zh) * | 2023-12-25 | 2024-03-15 | 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 | 基于虚拟刀口的背景纹影方法、装置、设备及介质 |
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