【摘要】：背景紋影技術(shù)(Background oriented schlieren,BOS)是一種新穎的流動顯示技術(shù),它具有裝置簡單、成本較低、可以定量測量、能夠?qū)崿F(xiàn)瞬態(tài)測量、適合大視場測量、適合在復(fù)雜環(huán)境中測量等優(yōu)點,是目前流動顯示顯示領(lǐng)域的熱門技術(shù)之一。本文提出了一種基于FFT相位提取的BOS技術(shù),并利用它對流場進(jìn)行流動顯示。還設(shè)計了 LED陣列背景板和多尺度小波噪聲背景圖像,并針對這兩種背景圖像的特點,并分別利用點識別算法和光流算法處理這兩種背景圖像,來提取圖像點位移。本文提出的背景紋影裝置測量流場所得到的圖像點位移數(shù)據(jù)可以用來重建流場的三維密度場。本文研究內(nèi)容主要有以下幾個方面:第一,針對目前的背景紋影裝置做出改進(jìn),將背景板換成了 LED陣列背景板,用點識別算法對這種背景板的背景圖像進(jìn)行處理,提取圖像點位移。從理論上分析了多個參數(shù)對背景紋影裝置靈敏度的影響,并通過實驗來驗證。第二,設(shè)計了多尺度小波噪聲背景圖像,介紹了金字塔L-K光流算法原理,用金字塔L-K光流算法對該種多尺度小波噪聲背景圖像進(jìn)行處理,提取圖像點位移,利用基于金字塔L-K光流算法的BOS裝置對熱風(fēng)槍噴出的流場進(jìn)行流動顯示實驗。第三,提出了基于FFT相位提取的BOS技術(shù),并做了數(shù)值模擬實驗來驗證該技術(shù),用基于FFT相位提取的BOS裝置對熱風(fēng)槍噴出的流場進(jìn)行了流動顯示實驗。
【圖文】：

１．３背景紋影技術(shù)逡逑１．３．１背景紋影技術(shù)的發(fā)展逡逑如圖１．６所示，為背景紋影裝置原理圖。背景紋影技術(shù)和其它紋影技術(shù)一樣，逡逑都是基于光線的偏折來確定流場折射率（或者密度）的變化。光線通過待測流場逡逑后會偏離原來的路徑，入射到ＣＣＤ相機(jī)成像芯片上的位置會發(fā)生改變，這就會逡逑造成有待測流場時ＣＣＤ相機(jī)采集到的背景圖像和沒有流場時的不同（如圖１．７逡逑中ａ和ｂ所示），通過圖像處理可以求得圖像點位移，繪制出位移矢量圖（如圖逡逑１．７中ｃ所示），然后就可以求出待測流場的折射率或者密度。逡逑Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ邋ｐｌａｎｅ邐Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ邐ｉ邋？ｎＱ邋ｆ逡逑ｄｅｎｓｉｔｙ邐＾邐ｉｍａｇｅ逡逑＾邐ｐｌａｎｅ逡逑Ａ邐Ａ逡逑ＪＢｔ邐邐邐ｙ邐—？Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ邋Ａｘ逡逑／ｉ邋￣￣邐ｐ邐＊邋Ｉ逡逑圖１．６背景紋影裝置原理圖Ｐ３］逡逑ＨＨＤ逡逑（ａ）沒有流場時拍攝的背景圖案（ｂ）有流場時拍攝的背景圖案（ｃ）位移矢量圖逡逑圖１．７邋Ｒａｆｆｅｌ等實驗中獲得的背景圖像以及位移矢量圖逡逑２000年４月，Ｄａｌｚｉｅｌ等人［３４］提出了幾個新型紋影和莫爾技術(shù)，他們將其命逡逑名為“合成紋影”（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ邋Ｓｃｈｌｉｅｒｅｎ）技術(shù)。這些技術(shù)的共同點是傳統(tǒng)光學(xué)裝置逡逑中的一部分被數(shù)字圖象處理所取代。其中的點追蹤折光法（Ｄｏｔ邋Ｔｒａｃｋｉｎｇ逡逑Ｒｅｆｒａｃｔｏｍｅｔｒｙ）幾乎等同于背景紋影技術(shù)，他們利用該技術(shù)對振蕩圓柱產(chǎn)生的內(nèi)逡逑波場進(jìn)行了研宄，為背景紋影技術(shù)的建立奠定了基礎(chǔ)。如圖１．８所示，為Ｄａｌｚｉｅｌ逡逑等人利用點追蹤折光法得到的位移矢量圖。同年５月

紋影技術(shù)的理論，并利用該技術(shù)對懸停飛行中直升機(jī)的葉尖渦旋進(jìn)行了流動顯示，逡逑驗證了其可行性。Ｅｌｓｉｎｇａ等人［３６］、Ｐｏｐｏｖａ［３７］和Ｈａｒｇａｔｈｅｒ等人［３８］研宄了背景紋逡逑影技術(shù)的精度，并提出了一些改善精度的方法。如圖１．９所示，為Ｅｌｓｉｎｇａ等人逡逑在超音速風(fēng)洞中研究普朗特－邁爾理論時利用背景紋影技術(shù)得到的位移矢量圖及逡逑密度梯度分布圖。Ｙｅｖｔｉｋｈｉｙｅｖａ等人研宄了各種參數(shù)對背景紋影技術(shù)測量靈敏逡逑度和分辨率的影響，并給出了幾個建立背景紋影裝置的指導(dǎo)公式。逡逑R誛 逡逑ｒ：：品Ｐ始：廠逡逑ｉａｓ—？ｗ：邋Ｍ逡逑圖１．８邋Ｄａｌｚｉｅｌ等人得到的位移矢量圖［３４］逡逑■１｜２0邐ｍｉ邋ｉ．ｔ逡逑ｗ／ＰｌｖｐＨ邐｜１Ｓ邐Ｐ／Ｐ，？邐國１0５逡逑畫畫逡逑■邋■‘邐：邐：邐：邐：邐：邐＿。７逡逑0邋0邐？邐？邐？邐１邐１—邐ｃｃ逡逑０邐１０邐２０邐３０邐４０邐５０邋Ｈ２邐０邐１０邐２０邐３０邐４０邐５０邐Ｍ０６５逡逑Ｘ（ｍｍ）邐■0邐Ｘ0ｎｍ＞邐Ｈ0．６逡逑圖１．９邋Ｅｌｓｉｎｇａ等人得到的位移矢量圖及密度梯度分布圖Ｍ逡逑背景紋影技術(shù)能提供直觀、形象的紋影圖像，進(jìn)行流動顯示。同時，背景紋逡逑影技術(shù)也是基于圖像處理技術(shù)的，減少了測量系統(tǒng)的光學(xué)裝置，，可以進(jìn)行定量測逡逑量。這些優(yōu)點促使其在越來越多的場景中應(yīng)用，尤其是在惡劣的工業(yè)環(huán)境和復(fù)雜逡逑的試驗環(huán)境中。２０００年
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN27

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 吳盟;額日其太;王猛杰;杜江毅;;射流角度對平板橫向射流的影響[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報;2013年09期

2 王殿愷;洪延姬;李倩;葉繼飛;;基于彩色紋影的Edney Ⅳ型激波相互作用研究[J];實驗流體力學(xué);2013年02期

3 郭則慶;王楊;姜孝海;劉殿金;;小口徑武器膛口流場可視化實驗[J];實驗流體力學(xué);2012年02期

4 徐翔;謝愛民;呂治國;宋強(qiáng);黃潔;;聚焦紋影顯示技術(shù)在激波風(fēng)洞的初步應(yīng)用[J];實驗流體力學(xué);2009年03期

5 郭長銘,張德良,謝巍;氣相爆轟波與空氣沖擊波在斜劈上Mach反射的特征參數(shù)比較[J];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報;2001年02期

6 洪金森;超音速細(xì)長梯形翼背風(fēng)面流型[J];航空學(xué)報;1996年05期

7 束繼祖,李華煜;流場顯示技術(shù)在流體力學(xué)中的應(yīng)用和展望[J];力學(xué)情報;1979年01期

相關(guān)會議論文 前1條

1 岳茂雄;蘇鐵;楊順華;袁強(qiáng);樂嘉陵;;激光方法診斷燃燒場的初步研究[A];第三屆燃燒流場的光學(xué)診斷技術(shù)學(xué)術(shù)研討會會議論文集[C];2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 魏益峰;煙跡流動顯示與PIV技術(shù)的開發(fā)及其在橋梁風(fēng)洞試驗中的應(yīng)用[D];西南交通大學(xué);2016年

2 滕宏峰;基于光流場的運(yùn)動目標(biāo)檢測算法的研究與實現(xiàn)[D];東北大學(xué);2012年

3 呂小亮;背景紋影技術(shù)的溫度場測量[D];浙江大學(xué);2011年

4 單小琴;單幅載波條紋圖相位提取方法的研究[D];南京理工大學(xué);2011年

本文編號：2604937