CN117249967A - 基于双组份压敏漆技术的压力与温度同步测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双组份压敏漆技术的压力与温度同步测量方法，属于风洞试验技术领域，包括：通过双组份压敏漆校准实验获得双组份压敏漆的涂料校准系数和参考组份涂料校准系数；基于光学压敏漆风洞试验得到对应的模型表面压力文件；对光学压敏漆风洞试验中得到的图像进行二次处理，得到与有风参考图像和无风参考图像相关的参考比值图像，基于参考组份涂料校准系数和模型表面压力文件，通过反算的方式对参考比值图像进行换算，获得模型表面温度文件。本发明提供一种基于双组份压敏漆技术的压力与温度同步测量方法，只需通过一次试验准备及试验测量即可获得模型表面压力和温度分布，大幅缩减了试验准备和实施的工作量，提高试验测试效费比。
Description
技术领域
本发明涉及风洞试验技术领域，具体涉及一种在光学压敏漆(PSP)风洞试验技术中采用的基于双组份压敏漆技术的压力与温度同步测量方法。
背景技术
在风洞试验中，模型表面压力分布与温度分布测量是了解飞行器气动性能、流态分析和热流分布的基本手段，是飞行器总体与结构设计、气动载荷分布预测、强度校核、热防护设计不可或缺的试验技术。传统压力测量方法以在模型表面布设测压孔，通过管路连接压力传感器或电子扫描阀来测量物面压力的方式为主，而温度测量方法通常采用离散式温度传感器。上述压力或温度直接测量方法一般测量精度较高，但在具体工程使用中存在测点离散、空间分辨率低、薄部件难以布置测压孔与传感器、模型机加复杂、试验准备周期长等局限性。
上世纪八十年代起，随着光学测量技术与图像后处理能力的发展，欧美各国逐步将压敏漆测压技术成功应用到空气动力学领域。上世纪五十年代以来，多种表面温度光学测量技术也逐步拓展应用于风洞试验，如相变热图、温敏液晶、红外热图、磷光热图、温敏漆技术等，拓展了表面温度测量的方法与途径。目前，高速风洞中常用的压力与温度光学测量手段是压敏漆技术与温敏漆技术，这两种试验技术兼有流动显示和流场定量测量的双重功能，具有效率效益高、测量面广、分辨率高、信息量大、测试精度较高等突出特点，能够弥补传统压力与温度测量方法的缺陷与不足，目前在世界各国已得到广泛发展，德国ＤＬＲ、法国ＯＮＥＲＡ、英国ＡＲＡ、日本ＪＡＸＡ、中国空气动力研究与发展中心等科研机构先后建立了各自的压敏漆系统与温敏漆系统，并在不同风洞中开展了应用研究。
因为测量物理量的不同，压敏漆测压与温敏漆测温分属不同测量技术，其物理量测量介质（压敏漆为压敏涂料探针，温敏漆为温敏涂料探针）也不相同，这就致使光学测压与测温试验必须分开实施，试验准备与风洞测试的工作量很大，也同时加大了试验难度和测试费用，降低了试验效费比。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于双组份压敏漆技术的压力与温度同步测量方法，包括：
步骤一，在待测模型上设置双组份压敏涂料，将具有双组份压敏涂料的待测模型设置在风洞中；
步骤二，在风洞试验前，通过双组份压敏漆校准实验获得双组份压敏漆的涂料校准系数和参考组份涂料校准系数；
步骤三，基于光学压敏漆风洞试验得到对应的模型表面压力文件；
步骤四，对光学压敏漆风洞试验中得到的图像进行二次处理，以得到与有风参考图像和无风参考图像相关的参考比值图像，基于步骤二中得到的参考组份涂料校准系数和步骤三得到的模型表面压力文件，通过反算的方式对参考比值图像进行换算，以获得模型表面温度文件。
优选的是，在步骤一中，所述双组份压敏涂料被配置为包括压敏探针分子和参考探针分子；
其中，所述压敏探针分子与参考探针分子的温度灵敏度具有一致性；
所述压敏探针分子的压力灵敏度被配置为高于参考探针分子的压力灵敏度。
优选的是，在步骤二中，所述参考组份涂料校准系数被配置为采用如下的二阶拟合多项式获得：
其中，P为压力，I ref 为参考比值图像，T为温度，α ij 为参考组份涂料校准系数，P、I ref 、T均为已知量，α ij 为待求值，i、j的取值为0-2；
双组份涂料校准系数被配置为采用如下的二阶拟合多项式获得：
其中，I sen 为压敏比值图像，β ij 为双组份涂料校准系数，P、I sen 、T均为已知量，β ij 为待求值。
优选的是，在步骤三中，所述模型表面压力文件的获取流程被配置为包括：
S30，风洞吹风启动前，且模型表面均温的状态下，通过测温设备对模型表面温度进行测量，得到相应的模型表面温度；
S31，风洞试验时，通过彩色相机采集与无风状态、无光状态、有风状态相对应的三类图像；
S32，将S31中得到的各类图像分别进行红、绿像素提取，并将各类提取的像素点分类进行重组操作，以得到与各类相对应，且能用于表征压敏探针的三幅单色红色图像以及用于表征参考探针的三幅单色绿色图像；
S33，将S32中表征有风和无风的单色红色图像进行标记点的选取、识别、定位、配准后，分别减去表征无光的单色红色图像，通过填充和滤波处理后得到有风压敏图像、无风压敏图像；
将S32中表征有风和无风的单色绿色图像分别减去表征无光的单色绿色图像，通过填充和滤波处理后得到有风参考图像和无风参考图像；
S34，将S33中得到的图像分别进行比值处理，比值方式为无风压敏图像/有风压敏图像，和/或，无风参考图像/有风参考图像，得到相应的压敏比值图像；
S35，基于步骤二中的双组份涂料校准系数和S30中获得的模型表面温度，将S34中得到的压敏比值图像进行换算得到模型表面压力图像，将模型表面压力图像作为模型表面压力文件进行保存。
优选的是，在步骤四中，所述二次处理被配置为包括：
S40，将S32中表征有风和无风的单色绿色图像进行标记点的选取、识别、定位、配准后，分别减去表征无光的单色绿色图像，通过填充处理后得到有风参考图像、无风参考图像；
S41，将有风参考图像、无风参考图像中模型以外的区域设置为背景区域，并对背景区域以外的模型区域图像进行滤波、比值处理后得到参考比值图像，其中比值方式为无风参考图像/有风参考图像。
优选的是，在步骤四中，对参考比值图像进行换算流程的反算公式如下：
上式中，α ij 通过步骤二获得，P通过步骤三获得，I ref 通过步骤四获得，T为待求量。
本发明至少包括以下有益效果：本发明提供一种基于双组份压敏漆技术的压力与温度同步测量方法，通过该方法，只需采用一种双组份压敏涂料和配套的测量系统，即可在风洞试验时同时获得模型表面压力与温度分布，解决了一种光学测量方法无法同时获得压力与温度的技术瓶颈，大幅缩减了试验准备和实施的工作量，提高了试验测试效费比，进一步提高PSP技术的工程实用性和经济性。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于双组份压敏漆技术的压力与温度同步测量方法测量系统风洞安装图；
图2为本发明提供的一种基于双组份压敏漆技术的压力与温度同步测量方法所采用双组份PSP涂料涂层构成图；
图3为本发明提供的一种基于双组份压敏漆技术的压力与温度同步测量方法流程图；
图4采用本发明提供的方法获得实施例1的模型表面压力图谱；
图5采用本发明提供的方法获得实施例1的模型表面温度图谱；
其中，1-自然层流翼型模型、2-彩色相机、3-激发光源、4-激发光源电源4，5-同步触发器、6-数据处理工控机。
具体实施方式
本发明提供一种基于压敏漆技术的压力与温度同步测量方法，包括以下步骤：
S1、风洞试验前，通过双组份压敏漆校准实验获得双组份涂料校准系数和参考组份涂料校准系数；
S2、风洞试验时，在风洞吹风启动前，用测温枪测量模型表面温度，而后关闭试验段，试验段两侧光学窗口遮光处理；
S3、打开激发光，彩色相机采集一组模型表面PSP涂层发射光图像，即无风图像。采集完毕后，关闭激发光，彩色相机采集一组暗图像；
S4、风洞启动，待流场稳定后，打开激发光，相机采集一组模型表面PSP涂层发射光图像，即有风图像；
S5、风洞吹风结束后，将彩色相机采集获得的每幅有风、无风和暗图像分别分解为相应状态的压敏探针图像和参考探针图像，而后将分解后的组图像平均处理，获得可用于后续图像后处理的有风压敏图像、有风参考图像、无风压敏图像、无风参考图像、压敏暗图像和参考暗图像共6幅图像；
S6、载入分解和平均后获得的有风压敏图像、有风参考图像、无风压敏图像、无风参考图像、压敏暗图像和参考暗图像，在有风压敏图像和无风压敏图像上进行标记点选取、标记点识别和标记点定位，并保存定位的标记点坐标文件；
S7、根据标记点坐标关系，将有风压敏图像、有风参考图像配准到无风压敏图像，检验配准精度，若精度达标，保存配准后的有风图像，进入步骤S8，若精度不达标，则返回步骤S6；
S8、将有风压敏图像和无风压敏图像减去压敏暗图像，有风参考图像和无风参考图像减去参考暗图像，并对图像中螺钉孔、测压孔等无压敏漆区域进行图像填充，获得填充后的有风压敏图像、无风压敏图像、有风参考图像和无风参考图像共4幅图像；
S9、将模型以外的区域设置为背景区域，背景区域中的有风图像和无风图像光强不赋值，以减小后续图像处理时间，提高图像处理效率，并对背景区域以外的模型区域图像进行滤波，获得滤波后的有风图像和无风图像；
S10、将有风图像和无风图像进行比值处理，获得比值图像，根据试前获得的双组份涂料校准系数和风洞吹风启动测温枪测量获得的模型表面温度，将比值图像换算获得模型表面压力图像，并保存所获得的模型表面压力文件；
S11、载入分解和平均后获得的有风参考图像、无风参考图像和参考暗图像，在有风参考图像和无风参考图像上进行标记点选取、标记点识别和标记点定位，并保存定位的标记点坐标文件；
S12、根据标记点坐标关系，将有风参考图像配准到无风参考图像，检验配准精度，若精度达标，保存配准后的有风图像，进入步骤S13，若精度不达标，则返回步骤S11；
S13、将有风参考图像和无风参考图像减去参考暗图像，并对图像中螺钉孔、测压孔等无压敏漆区域进行图像填充，获得填充后的有风参考图像和无风参考图像共2幅图像；
S14、将模型以外的区域设置为背景区域，背景区域中的有风参考图像和无风参考图像光强不赋值，以减小后续图像处理时间，提高图像处理效率，并对背景区域以外的模型区域图像进行滤波，获得滤波后的有风参考图像和无风参考图像；
S15、将有风参考图像和无风参考图像进行比值处理，获得比值图像，根据试前获得的参考组份涂料校准系数和S10步骤获得并保存的模型表面压力文件，将比值图像换算获得模型表面温度图像，并保存所获得的模型表面温度文件；
即对参考比值图像进行换算流程的反算公式如下：
上式中，α ij 为参考组份涂料校准系数，i、j的取值为0-2，P为压力(模型表面)，I ref 为参考比值图像(模型表面)，T为温度(模型表面)，且T为待求量。
进一步地，所述S1步骤具体为：
S11、打磨铝质样片，采用酒精或丙酮清洁样片表面并在洁净环境下挥发表面清洁溶剂至样片表面干燥；搅拌双组份压敏漆底漆与溶剂至两者完全分散均匀，用喷枪将压敏漆底漆均匀喷涂至样片表面；将喷涂了压敏漆底漆的样片置于烘箱中烘烤，直至底漆涂层溶剂完全挥发，底漆固化；采用砂纸打磨样片底漆，用酒精清洗底漆表面并置于洁净环境下挥发表面清洁溶剂至样片底漆表面干燥；搅拌双组份压敏漆面漆与溶剂至两者完全分散均匀，用喷枪将压敏漆面漆均匀喷涂至样片底漆表面；将喷涂了压敏漆面漆的样片置于烘箱中烘烤，直至面漆涂层溶剂完全挥发，面漆固化，固化后的面漆表面不打磨；将样片无压敏漆的一面涂抹导热硅胶，并将其粘接固定于校准箱底座上，关闭并密封校准箱，确保校准箱密闭良好；启动涂料校准软件，设置不同站点压力和温度，通过压力控制器和温度控制器调控校准箱内的压力和温度至设置的每个站点压力和温度，开启光源照射样片表面压敏涂层，并在每个站点下采用彩色相机采集样片涂层表面光强图像，获得各站点下的涂层光强序列图像；按校准试验时的大气压力和环境温度设置无风状态压力和温度，通过压力控制器和温度控制器调控校准箱内的压力和温度至设置的无风状态压力和温度，开启光源照射样片表面压敏涂层，并在无风状态下采用彩色相机采集样片涂层表面光强图像；
S12、将彩色相机采集获得的每个站点和无风状态下的每幅图像分别分解为相应状态的压敏探针图像和参考探针图像，而后将分解后的组图像平均处理，获得可用于后续校准图像后处理所必需的各站点压敏图像、各站点参考图像、无风压敏图像和无风参考图像；
S13、选取图像部分区域作为校准图像后处理区域，将该区域中的各站点压敏图像、各站点参考图像、无风压敏图像和无风参考图像各自作光强图像平均，获得各站点压敏图像、各站点参考图像、无风压敏图像和无风参考图像的图像光强序列值，并将无风参考图像光强值与各站点参考图像光强值序列作比，获得参考图像光强比值序列，将无风压敏图像光强值与各站点压敏图像光强值序列作比，获得压敏图像光强比值序列；
S14、将各站点设置的压力值序列、温度序列与参考图像光强比值序列拟合，获得温度、压力与光强比的拟合关系式及拟合曲面，具体的拟合方式是采用拟合关系式形式为多项式，可表示为：
具体实施时可采用如下二阶拟合多项式实现：
其中，P为压力（这里指的是各校准站点下的压力），I ref 为参考比值图像（这里指的是各校准站点下的参考比值图像），T为温度（这里指的是各校准站点下的温度），且P、I ref 、T均为已知量，a ij 为待求值，i、j的取值为0-2，指的参考组份涂料校准系数，采用最小二乘法拟合多项式可获得a ij ，从而获得参考探针图像的温度、压力与参考图像光强比的拟合关系式及拟合曲面，此校准关系式用于解算获得PSP试验中模型表面温度使用。
S15、将参考图像光强比值序列与压敏图像光强比值序列对应位置数据一一作比，获得双组份压敏漆参考探针图像与压敏探针图像光强值比值序列。将各站点设置的压力值序列、温度序列与参考探针图像与压敏探针图像光强值比值序列拟合，获得压力、温度与光强比的拟合关系式及拟合曲面，具体拟合方式为：采用拟合关系式形式为多项式，可表示为：
具体实施时可采用如下二阶拟合多项式：
其中，P为压力（这里指的是各校准站点下的压力），I sen 为压敏比值图像(各校准站点下)，T为温度（这里指的是各校准站点下的温度），P、I sen 、T均为已知量，β ij 为双组份涂料校准系数，是待求值，i、j的取值为0-2，采用最小二乘法拟合多项式可获得β ij ，从而获得双组份压敏涂料的压力、温度、参考探针图像与压敏探针图像光强比的拟合关系式及拟合曲面，此校准关系式用于解算获得PSP试验中模型表面压力使用。
进一步地，所述步骤S2具体为：
S21、风洞吹风启动前，应保证模型表面温度均匀，采用测温枪测量的模型表面温度作为无风状态下的模型温度。
进一步地，所述步骤S3具体为：
S31、无风图像与暗图像一般采集10幅。
进一步地，所述步骤S4具体为：
S41、有风图像一般采集10幅。
进一步地，所述步骤S5具体为：
S51、彩色相机采集的每幅图像在每个像素点上均为GRBG红、绿、蓝三色，将图像在每个像素点上提取G（绿色）和R（红色），再将所有像素点重组为一幅单色红色图像和一幅单色绿色图像，其中，红色图像对应压敏探针图像，绿色图像对应参考探针图像。
进一步地，所述步骤S6具体为：
S61、标记点为黑色圆形，均匀分布在模型图像四周，数量至少12个。标记点定位采用质心法、形心法和基于模板的互相关法。
进一步地，所述步骤S61中，所述质心法采用求取标记点灰度质心的定位方法，质心位置由下式求得：
其中，x i ,y i 为像素点坐标，I为像素点灰度值，x c ,y c 为标记点质心。
进一步地，所述步骤S61中，所述形心法首先根据图像的灰度梯度信息对图像进行边缘提取，通过一系列准则的设定（长度准则、圆度准则、凹凸性准则、封闭性准则和距离准则），求取其形心，完成标记点定位。
进一步地，所述步骤S61中，所述基于模板的互相关法是利用模板图像在标记点图像中移动搜索，但模板图像与模板占据的标记点图像灰度值互相关相似性测度极大时，即可确定标记点位置，互相关相似性测度如下式：
其中，C fl 为相似性互相关测度，f(x,y)为模板图像灰度，I(x,y)为标记点图像灰度。针对图像中较小的标记点，为了增强标记点定位的可靠性，将模板灰度扩展为偏微分形式，具体扩展方法如下式：
其中，f 0 (x,y)代表标记点灰度值，f x 和f y 分别为灰度值在x和y方向的偏微分。
进一步地，所述步骤S7具体为：
S71、采用基于特征信息的配准方法，即点映射法和德洛内三角形法，通过对无风图像和有风图像中的特征点进行提取、定位，拟合无风图像和有风图像的相互关系，获得无风图像和有风图像的配准关系；
S72、利用配准关系式将有风图像逐个像素点灰度值映射到无风图像中；
S73、映射后的有风图像不在整数像素点上的，利用插值方法计算整数像素点上的灰度值，最终完成有风图像的配准。
进一步地，所述步骤S71中，所述点映射法是利用两幅图像对应标记点的相互关系进行图像配准的方法，关键是找出两幅图像的变换关系，一般分为刚性变换、仿射变换、投影变换和非线性变换。
进一步地，所述步骤S71中，所述点映射法的刚性变换指一幅图中两点间的距离变换到另一幅图中后仍保持不变的变换方法，刚性变换可分解为平移、旋转和镜像。刚性变换关系式为：
其中，x,y为试验序列图像特征点坐标，为参考图像特征点坐标，φ为旋转角，t x ,t y 为平移向量。
进一步地，所述步骤S71中，所述点映射法的仿射变换指经过变换后第一幅图像上的直线映射到第二幅图像上仍为直线并且保持平行关系的变化，刚性变换可分解为线性变化和平移变换。仿射变换关系式为：
其中，x,y为试验序列图像特征点坐标，为参考图像特征点坐标，/>为实数矩阵，t x ,t y 为平移向量。
进一步地，所述步骤S71中，所述点映射法的投影变换指经过变换后第一幅图像上的直线映射到第二幅图像上仍为直线但平行关系不保持的变换，投影变换关系式为：
其中，x,y为试验序列图像特征点坐标，为参考图像特征点坐标，为实数矩阵。
进一步地，所述步骤S71中，所述点映射法的非线性变换原则上可实现两幅图像的任意变换，非线性变换关系式为：
；
其中，x,y为试验序列图像特征点坐标，为参考图像特征点坐标，F为任意一种函数形式。
进一步地，所述步骤S71中，所述点映射法的非线性变换的函数形式采用多项式变换，多项式函数关系式为：
其中，x,y为有风序列图像特征点坐标，为无风图像特征点坐标，a,b为多项式系数。
进一步地，所述步骤S71中，所述德洛内三角形法是将有风图像和无风图像划分为德洛内三角网，三角网的顶点取为标记点，三角形内任一像素点向量坐标可由描述，其中，/>为三角顶点向量值，/>为参量坐标。当有风图像中三角形内的一个像素参量坐标已知时，此像素点映射到无风图像中的位置向量可由求得，最终将有风图像中该像素点灰度值映射到无风图像相应位置，完成有风图像的配准。参量坐标由下式求得：
其中，x b ,y b 为三角形内像素点坐标，x i ,y i (i=1,2,3)为三角形顶点坐标。
进一步地，所述步骤S8具体为：
S81、选定处理区域，该区域要包含并超出需填充图像区域；
S82、采用插值方法对处理区域图像进行填充，插值函数为代数多项式，插值方法包括拉格朗日插值、牛顿插值、分段线性插值和埃尔米特插值；
进一步地，所述步骤S82中，所述拉格朗日插值方法采用如下形式：
其中，P n (x)为多项式插值函数，L i (x)为插值基函数，y i 为已知像素点灰度值，x为已知像素点坐标，i为已知像素点排序数。插值基函数形式为：
。
进一步地，所述步骤S82中，所述牛顿插值方法采用如下形式：
其中，P n (x)为多项式插值函数，f(x)为已知像素点灰度值，x为已知像素点坐标，n为已知像素点个数，为f(x)的均差，其具体形式为：
。
进一步地，所述步骤S82中，所述分段线性插值方法采用如下形式：
，/>
其中，P n (x)为多项式插值函数，x为已知像素点坐标，n为已知像素点个数，i为已知像素点排序数，y为已知像素点灰度值。
进一步地，所述步骤S82中，所述埃尔米特插值方法采用如下形式：
其中，P n (x)为多项式插值函数，x为已知像素点坐标，k为已知像素点排序数，y为已知像素点灰度值。
进一步地，所述步骤S9具体为：
S91、采用阈值法设置背景区域；
S92、采用高斯滤波方法进行图像滤波。
进一步地，所述步骤S91中，所述阈值法分为绝对阈值法和相对阈值法，其中绝对阈值法采用像素光强小于设置阈值设为背景的方法，相对阈值法采用像素光强与全图最大光强比值小于设置阈值设为背景的方法。
进一步地，所述步骤S92中，所述高斯滤波方法的滤波函数形式为：
其中，x,y为像素点坐标，σ的大小决定了高斯函数的宽度，取为1.5。
实施例：
如图1，本实施例的试验模型为自然层流翼型模型1，在模型表面，从下至上依次覆盖双组份压敏涂料底漆和双组份压敏涂料面漆。测量装置包括双组份压敏涂料、彩色相机2、激发光源3、激发光源电源4，同步触发器5（同步控制器）和数据处理工控机6。
如图2，双组份压敏涂料由底漆和面漆两部分组成，底漆称为基底发射层，为含有二氧化硅的白色底漆，喷涂于模型表面，起到提高模型表面粘结性、增强探针分子发光强度及热隔离的作用。面漆称为聚合物功能层，其中包含压敏探针分子和参考组份探针，压敏探针分子是一种铂类聚合物，压敏探针发光强度的压力灵敏度较高，达到0.7%/Pa，参考探针的发光强度压力灵敏度较低，同时，压敏探针与参考探针的温度灵敏度基本一致，从而使得参考光强与压敏光强比值的温度灵敏度较低，而压力灵敏度较高，即双组份涂料光强比测量压力分辨率较高且受温度变化影响很小，两种探针的激发光峰值均为405nm。彩色相机为科学级CCD相机，灰度动态范围14位，带背板制冷，采用的镜头为24mm定焦镜头，采用的滤镜为550nm高通滤镜，可有效过滤除压敏探针和参考探针发光以外的背景杂光。激发光源为高功率气冷光源，发光主峰波长405nm，滤光片透过率大于90%，激发光照射有脉冲和连续两种模式，光源控制信号为TTL，滤光组合形式为低通+窄波。同步触发器可设置脉冲信号的周期、时延、脉宽及脉冲个数，实现相机曝光和激发光源的时序控制，为单路输入8路输出，控制精度小于10纳秒。数据处理工控机与同步触发器及彩色相机连接，用于对同步触发器参数进行设置，进而控制激发光源照射和相机曝光的时序，并接收相机拍摄的模型表面光强图像，进行图像后处理，获得所需的模型表面压力和温度数据图谱。
如图3所示，一种基于双组份压敏漆技术的压力与温度同步测量方法，包括以下步骤：
S1、风洞试验前，通过双组份压敏漆校准实验获得双组份涂料校准系数和参考组份涂料校准系数；
S2、风洞试验时，在风洞吹风启动前，保证模型表面均温，用测温枪测量模型表面温度作为无风状态模型表面温度，而后关闭试验段，试验段两侧光学窗口遮光处理；打开激发光，彩色相机采集10幅模型表面PSP涂层发射光图像，即无风图像。采集完毕后，关闭激发光，彩色相机采集10幅暗图像；风洞启动，待流场稳定后，打开激发光，相机采集10幅模型表面PSP涂层发射光图像，即有风图像；
S3、风洞吹风结束后，将彩色相机采集获得的每幅有风、无风和暗图像分别分解为相应状态的压敏探针图像和参考探针图像，而后将分解后的组图像平均处理，获得可用于后续图像后处理的有风压敏图像、有风参考图像、无风压敏图像、无风参考图像、压敏暗图像和参考暗图像共6幅图像；
彩色相机采集的每幅图像在每个像素点上均为GRBG红、绿、蓝三色，将图像在每个像素点上提取G（绿色）和R（红色），再将所有像素点重组为一幅单色红色图像和一幅单色绿色图像，其中，红色图像对应压敏探针图像，绿色图像对应参考探针图像。
S4、载入分解和平均后获得的有风压敏图像、有风参考图像、无风压敏图像、无风参考图像、压敏暗图像和参考暗图像，在有风压敏图像和无风压敏图像上进行标记点选取、标记点识别和标记点定位，并保存定位的标记点坐标文件；
标记点为黑色圆形，分布在翼型四周边缘，共12个，采用质心法进行标记点识别定位。
S5、根据标记点坐标关系，将有风压敏图像、有风参考图像配准到无风压敏图像，检验配准精度，若精度达标，保存配准后的有风图像，进入步骤S6，若精度不达标，则返回步骤S4；
试验图像后处理采用点映射法与非线性变换关系式进行图像配准。
S6、将有风压敏图像和无风压敏图像减去压敏暗图像，有风参考图像和无风参考图像减去参考暗图像，并对图像中测压孔等无压敏漆区域进行图像填充，获得填充后的有风压敏图像、无风压敏图像、有风参考图像和无风参考图像共4幅图像；
试验中，测压孔直径1.2mm，约占4个像素，以测压孔圆心作为填充区域中心，选择9像素×9像素方形区域采用插值方法对测压孔进行图像填充，插值函数为代数多项式，插值方法为拉格朗日插值。
S7、将模型以外的区域设置为背景区域，背景区域中的有风图像和无风图像光强不赋值，以减小后续图像处理时间，提高图像处理效率，并对背景区域以外的模型区域图像进行滤波，获得滤波后的有风图像和无风图像；
采用绝对阈值法设置背景区域，根据背景区域光强水平，设置1000为阈值。采用高斯滤波方法进行图像滤波。
S8、将有风图像和无风图像进行比值处理，获得比值图像（比值方式为无风压敏图像/有风压敏图像，和/或，无风参考图像/有风参考图像），获得压敏比值图像，根据试前获得的双组份涂料校准系数和风洞吹风启动测温枪测量获得的模型表面温度，将比值图像换算获得模型表面压力图像，并保存所获得的翼型模型表面压力文件。
S9、载入分解和平均后获得的有风参考图像、无风参考图像和参考暗图像，在有风参考图像和无风参考图像上进行标记点选取、标记点识别和标记点定位，并保存定位的标记点坐标文件；采用质心法进行标记点识别定位。
S10、根据标记点坐标关系，将有风参考图像配准到无风参考图像，检验配准精度，若精度达标，保存配准后的有风图像，进入步骤S11，若精度不达标，则返回步骤S9；
采用点映射法与非线性变换关系式进行图像配准。
S11、将有风参考图像和无风参考图像减去参考暗图像，并对图像中测压孔等无压敏漆区域进行图像填充，获得填充后的有风参考图像和无风参考图像共2幅图像；
以测压孔圆心作为填充区域中心，选择9像素×9像素方形区域采用插值方法对测压孔进行图像填充，插值函数为代数多项式，插值方法为拉格朗日插值。
S12、将模型以外的区域设置为背景区域，背景区域中的有风参考图像和无风参考图像光强不赋值，以减小后续图像处理时间，提高图像处理效率，并对背景区域以外的模型区域图像进行滤波，获得滤波后的有风参考图像和无风参考图像；
采用绝对阈值法设置背景区域，根据背景区域光强水平，设置1000为阈值。采用高斯滤波方法进行图像滤波。
S13、将有风参考图像和无风参考图像进行比值处理，获得比值图像，根据试前获得的参考组份涂料校准系数和S8步骤获得并保存的模型表面压力文件，将比值图像换算获得模型表面温度图像，并保存所获得的模型表面温度文件。
如图4-图5所示，采用本发明的方法获得了实施例的模型表面压力分布（见图4）和温度分布（见图5），获得的压力分布和温度分布显示的激波位置一致，说明了该方法获得的压力和温度分布数据合理可靠。
本发明的一种基于双组份压敏漆技术的压力与温度同步测量方法的有益效果为：①只采用一种双组份压敏涂料和配套的测量系统，即可在风洞试验时同时获得模型表面压力与温度分布，从而攻克一种光学测量方法无法同时获得压力与温度的技术瓶颈。②该方法可通过一次试验准备及试验测量即可同时获得模型表面压力和温度分布，大幅缩减了试验准备和实施的工作量，提高试验测试效费比。③本方法采用双组份压敏漆测量系统可同步同时获得模型表面压力与温度分布数据，拓展了传统PSP技术的测试范围，进一步增强了PSP技术的工程实用性。
以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (6)
1.一种基于双组份压敏漆技术的压力与温度同步测量方法，其特征在于，包括：
步骤一，在待测模型上设置双组份压敏涂料，将具有双组份压敏涂料的待测模型设置在风洞中；
步骤二，在风洞试验前，通过双组份压敏漆校准实验获得双组份涂料校准系数和参考组份涂料校准系数；
步骤三，基于光学压敏漆风洞试验得到对应的模型表面压力文件；
步骤四，对光学压敏漆风洞试验中得到的图像进行二次处理，以得到与有风参考图像和无风参考图像相关的参考比值图像，基于步骤二中得到的参考组份涂料校准系数和步骤三得到的模型表面压力文件，通过反算的方式对参考比值图像进行换算，以获得模型表面温度文件。
2.如权利要求1所述的基于双组份压敏漆技术的压力与温度同步测量方法，其特征在于，在步骤一中，所述双组份压敏涂料被配置为包括压敏探针分子和参考探针分子；
其中，所述压敏探针分子与参考探针分子的温度灵敏度具有一致性；
所述压敏探针分子的压力灵敏度被配置为高于参考探针分子的压力灵敏度。
3.如权利要求1所述的基于双组份压敏漆技术的压力与温度同步测量方法，其特征在于，在步骤二中，所述参考组份涂料校准系数被配置为采用如下的二阶拟合多项式获得：
其中，P为压力，I ref 为参考比值图像，T为温度，且P、I ref 、T均为已知量，α ij 为参考组份涂料校准系数，α ij 为待求值，i、j的取值为0-2；
双组份涂料校准系数被配置为采用如下的二阶拟合多项式获得：
其中，I sen 为压敏比值，P、I sen 、T均为已知量，β ij 为双组份涂料校准系数，β ij 为待求值。
4.如权利要求1所述的基于双组份压敏漆技术的压力与温度同步测量方法，其特征在于，在步骤三中，所述模型表面压力文件的获取流程被配置为包括：
S30，风洞吹风启动前，且模型表面均温的状态下，通过测温设备对模型表面温度进行测量，得到相应的模型表面温度；
S31，风洞试验时，通过彩色相机采集与无风状态、无光状态、有风状态相对应的三类图像；
S32，将S31中得到的各类图像分别进行红、绿像素提取，并将各类提取的像素点分类进行重组操作，以得到与各类相对应，且能用于表征压敏探针的三幅单色红色图像以及用于表征参考探针的三幅单色绿色图像；
S33，将S32中表征有风和无风的单色红色图像进行标记点的选取、识别、定位、配准后，分别减去表征无光的单色红色图像，通过填充和滤波处理后得到有风压敏图像、无风压敏图像；
将S32中表征有风和无风的单色绿色图像分别减去表征无光的单色绿色图像，通过填充和滤波处理后得到有风参考图像和无风参考图像；
S34，将S33中得到的图像分别进行比值处理，比值方式为无风压敏图像/有风压敏图像，和/或，无风参考图像/有风参考图像，得到相应的压敏比值图像；
S35，基于步骤二中的双组份涂料校准系数和S30中获得的模型表面温度，将S34中得到的压敏比值图像进行换算得到模型表面压力图像，将模型表面压力图像作为模型表面压力文件进行保存。
5.如权利要求4所述的基于双组份压敏漆技术的压力与温度同步测量方法，其特征在于，在步骤四中，所述二次处理被配置为包括：
S40，将S32中表征有风和无风的单色绿色图像进行标记点的选取、识别、定位、配准后，分别减去表征无光的单色绿色图像，通过填充处理后得到有风参考图像、无风参考图像；
S41，将有风参考图像、无风参考图像中模型以外的区域设置为背景区域，并对背景区域以外的模型区域图像进行滤波、比值处理后得到参考比值图像，其比值方式为无风参考图像/有风参考图像。
6.如权利要求3所述的基于双组份压敏漆技术的压力与温度同步测量方法，其特征在于，在步骤四中，对参考比值图像进行换算流程的反算公式如下：
上式中，α ij 通过步骤二获得，P通过步骤三获得，I ref 通过步骤四获得，T为待求量。
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