【摘要】：對(duì)復(fù)雜流場(chǎng)的物理參數(shù)分布進(jìn)行診斷是現(xiàn)代航空航天技術(shù)、能源工程、儀器制造等方向的關(guān)鍵的技術(shù)。但是,物理參數(shù)的單點(diǎn)、單線或單面診斷已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了要求,對(duì)復(fù)雜流場(chǎng)物理參數(shù)的三維空間分布進(jìn)行整體診斷是現(xiàn)階段工業(yè)發(fā)展的迫切要求。光譜強(qiáng)度是復(fù)雜流場(chǎng)的重要物理參數(shù)之一。若已知火焰場(chǎng)光譜強(qiáng)度的三維分布,結(jié)合黑體爐或熱電偶標(biāo)定,可以診斷出火焰場(chǎng)的三維溫度場(chǎng)分布;若已知等離子體射流的三維光譜強(qiáng)度分布,再通過靜電探針或微波干涉等方法進(jìn)行標(biāo)定,可診斷出動(dòng)態(tài)等離子體射流的三維電子密度場(chǎng)分布。光譜強(qiáng)度三維重建方法分為兩類:發(fā)射光譜層析方法與透射光譜層析方法。發(fā)射光譜層析方法利用流場(chǎng)在多個(gè)方向的投影數(shù)據(jù)來重建流場(chǎng)光譜強(qiáng)度的三維分布,它具有非接觸、無擾動(dòng)、瞬態(tài)和三維全場(chǎng)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。與透射光譜層析方法相比,它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,無需復(fù)雜光學(xué)設(shè)備,對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求低。近年來,隨著相機(jī)技術(shù)的發(fā)展,發(fā)射光譜層析方法成為研究熱點(diǎn),但是其中仍存在平行投影假設(shè)、層間無相關(guān)性、空間定位不準(zhǔn)確、近似計(jì)算等問題。針對(duì)這些問題,本論文對(duì)發(fā)射光譜層析算法做了深入研究:1、介紹了發(fā)射光譜層析技術(shù),闡述了傳統(tǒng)面層析方法重建三維光譜強(qiáng)度的原理。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析了面層析重建算法的性能,指出變換類重建算法需要較多的投影方向數(shù),對(duì)投影數(shù)據(jù)的完備性和均勻性具有較高的要求;而迭代類重建算法在投影方向數(shù)少的情況下可以得到較好的重建結(jié)果。2、分析了面層析方法存在的局限性,提出了一種適合非完全數(shù)據(jù)下的體層析新方法——基于射影幾何模型的體層析重建方法。其中采用相機(jī)射影幾何模型確定二維圖像平面與三維空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,使用多相機(jī)標(biāo)定技術(shù)來精確定位三維空間位置;創(chuàng)新地提出了利用投影凸多邊形和亞像素分割的方法來計(jì)算空間體素格子對(duì)像素的投影貢獻(xiàn)率;根據(jù)質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律,提出了對(duì)投影權(quán)重矩陣進(jìn)行局部歸一化的方法。最后,建立了體層析優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),并迭代求解模型最優(yōu)解。3、在數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)中,采用對(duì)稱和非對(duì)稱流場(chǎng),驗(yàn)證了本文重建方法的正確性;同時(shí)討論了圖像分辨率、投影方向數(shù)(相機(jī)視角數(shù))、噪聲水平對(duì)流場(chǎng)三維重建精度的影響;另外,通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果,分析了使用驗(yàn)證方向的誤差側(cè)面反映三維流場(chǎng)重建精度的合理性。4、對(duì)真實(shí)火焰場(chǎng)進(jìn)行了三維光譜強(qiáng)度重建。其中,因不同相機(jī)對(duì)相同強(qiáng)度的光強(qiáng)具有不同的灰度響應(yīng),本文提出了利用多段線性變換法對(duì)不同相機(jī)的灰度響應(yīng)曲線進(jìn)行一致化校正;為了降低計(jì)算量,又提出了利用多目可視殼技術(shù)約束重建空間區(qū)域。真實(shí)實(shí)驗(yàn)使用8臺(tái)相機(jī)從8個(gè)不同視角方向拍攝三維空間的火焰,得到8個(gè)二維投影圖像,采用其中7個(gè)方向的投影圖像參與三維重建,余下1個(gè)相機(jī)的拍攝圖像作為驗(yàn)證方向圖像,將三維重建結(jié)果重投影到驗(yàn)證方向圖像上,重投影誤差(平均相對(duì)誤差、最大相對(duì)誤差、均方根誤差)分別為1.46%、14.72%、9.40%。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O433
【圖文】：

復(fù)雜流場(chǎng)的物理參數(shù)分布能夠直接反應(yīng)相關(guān)設(shè)備的計(jì)、加工、開發(fā)和優(yōu)化等方面提供關(guān)鍵的理論分析和的物理參數(shù)分布大多都是單點(diǎn)、單線或單面診斷，已迫切需要對(duì)復(fù)雜流場(chǎng)物理參數(shù)的三維空間分布進(jìn)行整參數(shù)的三維分布診斷引起了國(guó)內(nèi)外科研人員的高度關(guān)具有空間分布復(fù)雜、高溫和高速傳播的特點(diǎn)，其性態(tài)，這些特點(diǎn)導(dǎo)致復(fù)雜流場(chǎng)的三維診斷異常困難。雜流場(chǎng)中重要的物理參數(shù)，對(duì)間接診斷復(fù)雜流場(chǎng)中的作用。如圖 1.1 所示，如果已知燃燒流場(chǎng)的光譜強(qiáng)溫度，可以診斷出燃燒火焰流場(chǎng)的三維溫度場(chǎng)分布；度分布，再通過譜線絕對(duì)強(qiáng)度法或譜線相對(duì)強(qiáng)度法等維溫度場(chǎng)分布，通過靜電探針或微波干涉等標(biāo)定方法電子密度場(chǎng)分布。因此對(duì)復(fù)雜流場(chǎng)的三維光譜強(qiáng)度的至關(guān)重要。

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文Pfeifer 等人[24]使用三步時(shí)間相移法對(duì)莫爾條紋光強(qiáng)分布滿足正弦結(jié)構(gòu)。但時(shí)間相移法因無法復(fù)雜流場(chǎng)的瞬態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)顯示。孫志、宋e撲惴�，利渝i岢齙目占湎嘁頗鬮黽際踔卮∩希又亟ㄕ凵瀆實(shí)娜植嫉玫攪吮棧餥27]利用條紋跟蹤法實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)場(chǎng)莫爾條紋激波被測(cè)場(chǎng)折射率的三維分布重建診斷。高測(cè)量靈敏度，在惡劣的測(cè)試環(huán)境中易受到震發(fā)生劇烈變化時(shí)，會(huì)發(fā)生諸如干涉條紋斷裂等問題。此外，由于干涉儀器設(shè)備的經(jīng)濟(jì)成本很有限，因此該方法的應(yīng)用受到很大的限制，

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文有的傳統(tǒng)光學(xué)層析技術(shù)是一種準(zhǔn)三維的診斷方法，這是因?yàn)樗峭ㄟ^對(duì)的二維切片進(jìn)行單獨(dú)重建堆砌而成的三維重建場(chǎng)，如圖 1.3 所示。該方必須處于同一平面，探測(cè)射線被完全約束到二維平面內(nèi)傳播且假設(shè)探測(cè)。而在實(shí)際應(yīng)用中，采用相機(jī)進(jìn)行探測(cè)時(shí)，很難保證相機(jī)處于同一平面件并不滿足，重建精度會(huì)受到影響。因此，從二維面層析轉(zhuǎn)換到更加符三維體層析是光學(xué)層析技術(shù)發(fā)展的必然需求，近年來，三維體層析技術(shù)析研究中的重點(diǎn)。

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本文編號(hào)：2748089