基本介紹
- 中文名：雷射蒸汽屏流動顯示
- 外文名：laser vapor screen flow visualization
- 領域：空氣動力學
- 適用場合：風洞試驗
- 使用材料：水蒸氣，雷射
- 相關名詞：氣泡流動顯示
簡介,系統構成和工作原理,粒子播放系統,光纖傳輸、雷射片光源系統,成像系統,圖像處理系統設計與實現,系統設計,圖像畸變處理,光斑修整,
簡介
在風洞試驗中，了解流體流動特性是十分重要的。航空航天飛行器設計中會遇到很複雜的氣動力、氣動熱和結構特性等問題，解決這些問題必然要考慮和弄清氣流繞飛行器流動所產生的複雜流動現象，比如分離流、漩渦、激波、附面層干擾等。近年來，發展出現的計算機輔助流動顯示技術，對風洞流場顯示套用和發展起到十分重要和積極的推動作用。從總的發展來看，構成的硬體系統可分為三個檔次，以高速DSP或RICS晶片設計，完全適合圖像處理和信號處理的特有運算規律的並行陣列高檔圖像處理機，以通用小型機或工作站為主計算機，加上圖像採集、顯示卡而構成的中檔圖像處理系統，以及由PC機加上圖像採集、顯示卡而構成的低檔微機圖像處理系統。最後一類圖像處理系統由於投資少、結構簡單同時也能獲得較好的圖像處理結果而受到廣泛推廣。
流動顯示技術為研究人員提供了直觀的流場圖像。在雷射-蒸汽屏顯示技術方面，儘管獲得的流場圖像直觀簡潔，但由於諸多因素的限制，比如片光位置、光強度和粒子濃度等，使圖像清晰度和定量提取信息的準確性受到嚴重影響。
系統構成和工作原理
雷射蒸汽屏流動顯示系統由三大部分組成，即粒子播放系統，光纖傳輸、雷射片光源系統和成像系統。在風洞試驗時，各子系統相對獨立，協調工作，可進行參數調節以獲取最佳流動圖像。
粒子播放系統
粒子播放系統採用高壓空氣霧化水的方法。用30-50大氣壓的空氣將貯水罐的水壓出，經高壓水管引到霧化噴嘴呈霧狀注入風洞中，其注水量可以遠距離控制電動調節閥來實現，並用裝在高壓水管中的流量計實時監測。霧化噴嘴安裝在風洞試驗段的上游，噴入的水霧能與風洞中的氣流充分混合，在試驗段形成均勻的水霧。
光纖傳輸、雷射片光源系統
該系統以一台大功率YAG倍頻雷射器作光源，其輸出功率連續可調，最高可達10W，發出波長為532nm的準連續光。為了適應暫沖式跨、超音速風洞要求的試驗環境，該雷射器在結構和器件方面進行了特殊的設計，使雷射器件儘可能小，並採用了堅固可靠的抗震結構。雷射器發出的光束由裝在前端的雷射-光纖耦合器的雷射束分成強度相等的三束光，分別耦合進相應得到光纖輸入端，雷射束在光纖輸出端由片光投射器將其擴散成扇形片光。風洞試驗時三個片光投射器可放置在不同位置，並可任意切換組合，雷射器上的小功率He-Ne雷射器可進行光路調節。
成像系統
液體顯示圖像由一台Mintron MTV-1881CB CCD攝像頭獲取，經由信號分路器，一路至視頻錄像機進行記錄，另一路輸至CA-P540圖像處理卡進行圖像採集，然後由微型計算機進行處理，圖像處理卡的信號輸出接至一台Sony PVM-1442QM彩色視頻監視器，可對圖像進行實時監測，或觀看處理效果。
圖像處理系統設計與實現
系統設計
流動顯示圖像處理系統設計分為四個結構級。第一級為圖像處理與分析套用層，該層由各功能模組組成，第二級為基本的圖像處理庫函式，所有的圖像處理函式均放在此庫中，供用戶編程和開發應用程式直接調用。第三極為系統基本操作庫函式，為用戶提供控制和管理P540偽彩色圖像卡基本操作所必須的高級語言接口，供用戶編程和開發應用程式直接調用。第四級為系統驅動程式，它是採用彙編語言編寫，連結編譯成執行檔後，通過轉換變成命令檔案，使用P540圖像板時，必須首先裝載驅動程式，它占用了系統中斷Int 78h，其功能和第三極類似，但它是面向彙編語言的接口。
圖像畸變處理
風洞試驗導致流動顯示片光圖像畸變的原因主要由兩方面因素造成。其一是系統本身具有的非線性因素，如CCD攝像頭距離片光位置過近；其二是視角變化因素的影響，CCD攝像頭鏡面與片光平面不平行，這是因試驗條件所限及安裝時造成的。
光斑修整
光斑的去除實際上是對流動圖像上的某一小區域像素點進行灰度值修整。
