氣動光學(xué)瞬態(tài)流場特性及信號同步采集技術(shù)研究.pdf

1、本論文基于氣動光學(xué)理論，研究在流場試驗(yàn)中檢測高速瞬態(tài)流場密度分布的方法與實(shí)現(xiàn)。可利用氣動光學(xué)研究高速飛行體周圍的流場對圖像探測系統(tǒng)形成干擾，引起目標(biāo)圖像偏移、抖動、模糊等現(xiàn)象，此工作對高速飛行器實(shí)現(xiàn)光學(xué)成像精確探測、精密跟蹤與瞄準(zhǔn)技術(shù)發(fā)展具有十分重要和關(guān)鍵的作用。 具體分析了軸對稱流場特性，在雙光束干涉基礎(chǔ)上，建立了光束傳輸波前與流場密度分布的數(shù)學(xué)模型。完成了檢測流場密度分布外同步圖像采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了流場信息的實(shí)時(shí)檢測。

2、 詳細(xì)比較各類傳統(tǒng)的流場檢測方法，分析了陰影法，紋影法，哈特曼傳感器以及雙光束干涉方法的優(yōu)缺點(diǎn)與適用范圍。為流場檢測提出了新的檢測方法——環(huán)形徑向剪切干涉法，為流場的光學(xué)檢測手段開拓了新的領(lǐng)域。 針對高速飛行器在遠(yuǎn)距離與近距離的特性，目標(biāo)的探測需要長曝光與短曝光時(shí)間積分，選擇了可工作在連續(xù)和脈沖兩種模式的近紅外激光器。為使近距離時(shí)減小湍流對成像的影響，以小于30ns脈寬，高重復(fù)頻率的脈沖激光“凍結(jié)”流場。并選擇了可外觸發(fā)的高速C

3、MOS數(shù)字相機(jī)和匹配的數(shù)字圖像采集卡。建立了外同步干涉系統(tǒng)的圖像采集方案。 設(shè)計(jì)并完成了一套精密的短時(shí)間數(shù)字延時(shí)電路，有效地匹配了脈沖激光的觸發(fā)與CMOS數(shù)字相機(jī)的電子快門，確保CMOS相機(jī)可靠地采集到畸變波前的干涉圖。該延時(shí)電路可實(shí)現(xiàn)0.1us或1us的時(shí)間分辨率，12位可編程控制延時(shí)。 完成了對快速流場長曝光與短曝光檢測試驗(yàn)。在50λ的大畸變，1024*1024高像素，實(shí)現(xiàn)了450幀每秒的高速圖像采集。分別捕獲連續(xù)光