1 西安交通大学 能源与动力学院, 西安 710049
2 西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 西安 710024
针对羟基示踪测速技术在超燃流场应用中测量图像受复杂背景干扰严重的问题, 提出一种提高信号提取能力的方法.该方法通过三个步骤实现信号提取能力的提升：利用霍夫变换进行信号识别; 基于感兴趣区域的大津阈值算法进行图像分割; 结合骨架提取和方向模板方法进行标记线提取.在此基础上, 结合仿真和实验, 验证了该方法可提高超燃复杂背景干扰下的信号提取能力, 解决了提取羟基有效信号精度不够的问题.
羟基示踪测速技术 速度测量 信号提取 超燃流场 骨架提取 Hydroxyl tagging velocimetry Velocimetry measurement Signal extraction Supersonic combustion flow Skeleton extraction
1 西北工业大学 动力与能源学院, 陕西 西安 710072
2 西北核技术研究院 激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
针对流场二维速度矢量分布测量的需求, 提出了利用交叉标记显示的光路设置实现羟基分子标记示踪速度矢量的方法。该技术中通过将标记激光束和显示激光片交叉布置, 在激光片平面内形成交叉标记点用于流场示踪。与传统的交叉网格实现速度矢量测量的方式相比, 该方法简化了实验光路, 有利于在恶劣环境中的应用, 并且得到的标记为近似圆点, 标记位置的识别更加方便。通过对交叉标记显示产生的标记点图像的位置进行模拟识别运算, 获得了影响标记点位置识别精度的因素和规律。利用单标记点实验设置, 获得了射流火焰流场速度矢量及其浮动值, 结果显示在存在火焰OH背景干扰的情况下, 速度测量不确定度小于2.2 m/s; 利用柱面透镜阵列, 实现了3×20个标记点的速度矢量分布测量。研究结果表明了交叉标记显示方法进行分子标记速度测量的可行性。
激光诊断 速度矢量测量 羟基分子标记示踪 交叉标记显示 laser diagnostics velocity vector measurement hydroxyl tagging velocimetry crossed tagging and displaying
1 西安交通大学能源与动力学院, 陕西 西安 710049
2 西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
为了保证燃烧流场羟基(OH)示踪速度测量的精度,开展了背景噪声去除方法研究。基于燃烧流场羟基示踪测速数据的噪声特性分析,构建了染噪的数值模型;针对局部的燃烧OH荧光干扰以及流场杂散光等背景噪声,采用了基于Hough变换的空间滤波方法。针对测量系统的物理、电、光以及传感器等噪声,采用了小波变换的噪声去除方法,提高了图像信噪比。提出了一种将两种方法融合的背景去除方法, 抑制了系统噪声对空间滤波算法精度的影响,优化了空间滤波结果。研究结果表明,图像处理后峰值信噪比提高了16.79 dB,信噪比提高了13.91 dB。对燃烧流场实验数据进行了处理,有效地抑制了背景噪声,达到了图像预处理的效果,满足了激光诊断系统对测量精度的要求。
图像处理 燃烧流场 羟基示踪测速 噪声去除 Hough变换 小波变换
1 西安交通大学 能源与动力学院, 西安 710049
2 西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 西安 710024
为了提高流速测量精度, 研究OH荧光图像背景抑制的方法.分析识别复杂燃烧流场中存在的背景干扰, 构建染噪的数值仿真模型; 基于干扰图像和OH标记线信号图像的特性, 采用空间变换思想, 提出了自适应差分法消除发动机燃烧室剧烈反应区域的燃烧OH荧光干扰; 利用空域上信号与背景残余的差别, 采用空间滤波法优化背景抑制结果, 最后对仿真模型和实验图片对比, 验证了该方法的有效性, 处理前后峰值信噪比提高了11.83 dB, 信噪比提高了8.66 dB, 速度计算误差改善到了1.2%.该方法可有效的抑制背景噪声, 提高测速精度, 满足激光诊断系统对测量精度的要求.
复杂燃烧场 羟基示踪测速技术 速度测量 背景抑制 差分变换 信噪比 Complex combustion field Hydroxyl tagging velocimetry Velocimetry measurement Background suppression Difference transform Signal to noise ratio
1 西北工业大学 动力与能源学院, 陕西 西安 710072
2 西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
针对在发动机实验环境中羟基分子标记示踪速度测量技术受到的强振动干扰问题, 通过实验研究分析了标记激光与不同流场作用时产生的辐射光谱特性, 设计了在实验中同时拍摄标记基准图像和移动图像的振动干扰抑制方法。对于一般流场, 在实验中实时拍摄标记激光瑞利散射作为标记基准图像, 而对于含有煤油大分子碳氢燃料的流场甚至是CH4燃烧场, 用标记激光诱导燃料在OH荧光辐射波段的辐射光作为标记基准图像。在超燃发动机的速度测量应用尝试表明, 两种方案均可以达到抑制振动的目的。在相对干净的流场区域, 前者得到的标记激光图像会受到壁面散射等干扰, 基准位置提取不确定度约为0.06 mm。在流场中未燃燃料含量比较丰富的区域, 后者能够得到清晰的标记基准图像, 基准位置提取不确定度可以降至0.03 mm, 与采用平均方法得到的基准位置提取不确定度相当。
激光诊断 羟基分子标记示踪 速度测量 振动干扰 超燃冲压发动机 laser diagnostic Hydroxyl Tagging Velocimetry(HTV) velocity measurement vibration disturbance Scramjet engine
西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室，西安 710024
为了尽量减小羟基(OH)分子示踪流场速率测量误差、提高测量精度，利用OH分子标记线沿宽度方向的强度分布近似为高斯函数的特征，用高斯函数对实验测量数据进行了拟合，用拟合数据的峰值位置作为OH分子标记线的中心位置，并以此作为测量基准位置，对典型的OH分子示踪速率测量数据进行了处理。结果表明，采用这一数据处理方法，可使流场速率计算精度明显提高。
测量与计量 羟基分子示踪速率测量精度 数据拟合 流场速率 measurement and metrology hydroxyl tagging velocimetry measurement precision data fit flow velocity
介绍了研制的小型脉冲高温超音速流场模拟装置。利用OH分子示踪速度测量技术,对实验室建立的小型脉冲高温超音速流场模拟装置产生的喷流速度分布进行了诊断。通过改变测量对应于喷流的空间位置光路调节,改变193 nm激光线相对于喷流的空间位置,分别得到了喷流不同区域的OH分子示踪速度图像,根据图像计算了测量位置喷流沿轴线方向的速度分量的分布情况。结果显示:喷流在压缩区的速度比在膨胀区低得多;在压缩初期区域喷流中心部分速度明显高于两侧部分,而在二次膨胀区域喷流中心部分速度低于两侧部分。
激光诊断 速度测量 分子示踪速度 超音速喷流 laser diagnosis velocity measurement hydroxyl tagging velocimetry supersonic flow
研制了一套单线羟基(OH)分子标记示踪流场速度测量系统, OH分子标记线由193 nm波长脉冲氟化氩(ArF)准分子激光束解离流场中的水分子产生, 利用脉冲染料激光倍频的约282 nm激光片显示OH分子荧光图像, 由获得的两个时间关联的OH分子标记线位置图像计算流场的速度分布。研究了空气和火焰中193 nm波长激光解离水产生的OH分子寿命, 实现了常温空气流场和高温超音速流场速度分布的测量, 并对测量结果进行了分析讨论。
光学测量 激光诊断 速度测量 OH分子示踪速度测量方法 超音速流场
