基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置。该测量装置包括安装在高超声速低密度风洞的试验段上驻室的电子枪，安装在高超声速低密度风洞下驻室的法拉第杯，法拉第杯用于接收电子枪发射的电子束；电子束位于高超声速低密度风洞的喷管和扩压器之间，电子束垂直于喷管的水平轴线；ICCD相机布置在试验段的观察窗外，ICCD相机与观察窗之间还布置有凸透镜；电子枪、同步控制器、ICCD相机之间通过导线连接，ICCD相机与计算机之间通过网线连接。该测量装置是一种非接触测量装置，能够在稀薄流场速度梯度变化较大的区域进行速度场测量，获得比较密集测点的速度场分布。

【技术实现步骤摘要】
基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置
本专利技术属于高超声速风洞试验
，具体涉及一种基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置。
技术介绍
在高超声速低密度风洞中，通常采用皮托管测量方法获得流场速度，具体过程是利用稳定段总压、总温以及在流场中插入皮托管测量的皮托压力，通过正激波关系式计算得到来流马赫数，随后通过稳定段总温和来流马赫数计算得到流场静温及声速，最后通过马赫数乘以声速获得流场的速度。皮托管测量方法是接触式测量，由于皮托管尺寸较大，会对流场速度产生影响，为了尽量减小皮托管彼此影响，皮托管的测点布置只能稀疏一些，因此，皮托管测量方法不适合测量稀薄流场速度梯度变化较大的区域。当前，亟需发展一种基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置。本专利技术的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置，其特点是，所述的测量装置包括安装在高超声速低密度风洞的试验段上驻室的电子枪，安装在高超声速低密度风洞下驻室的法拉第杯，法拉第杯用于接收电子枪发射的电子束；电子束位于高超声速低密度风洞的喷管和扩压器之间，电子束垂直于喷管的水平轴线；ICCD相机布置在试验段的观察窗外，ICCD相机与观察窗之间还布置有凸透镜；电子枪、同步控制器、ICCD相机之间通过导线连接，ICCD相机与计算机之间通过网线连接。进一步地，所述的电子枪的束流为1mA～5mA，电压为20kV～100kV。进一步地，所述的同步控制器的脉冲频率为1kHz～100kHz。进一步地，所述的观察窗和凸透镜的材质为石英光学玻璃。本专利技术的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置是一种非接触测量装置，测量过程对稀薄流场无干扰，能够在流场速度梯度变化较大的区域进行速度场测量，获得比较密集测点的速度场分布。附图说明图1为本专利技术的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置的示意图(主视图)；图2为本专利技术的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置的示意图(侧视图)；图3为实施例1的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置获得的电子枪脉冲和ICCD相机同步时序图。图4a为实施例1的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置获得的△t＝1μs、i＝2拍摄的荧光图像F2。图4b为实施例1的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置获得的△t＝1μs、j＝6拍摄的荧光图像F6。图5为实施例1的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置获得的喷管出口X＝100mm截面的径向速度分布图。图6为实施例2的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置获得的喷管出口X＝100mm的荧光条纹。图7为实施例2的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置获得的喷管出口X＝100mm、轴线Y＝0mm测点的荧光条纹位置及强度分布图。图中，1.试验段2.电子枪3.电子束4.同步控制器5.法拉第杯6.观察窗7.凸透镜8.ICCD相机9.网线10.计算机11.扩压器12.喷管。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明本专利技术。如图1、图2所示，本专利技术的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置包括安装在高超声速低密度风洞的试验段1上驻室的电子枪2，安装在高超声速低密度风洞下驻室的法拉第杯5，法拉第杯5用于接收电子枪2发射的电子束3；电子束3位于高超声速低密度风洞的喷管12和扩压器11之间，电子束3垂直于喷管12的水平轴线；ICCD相机8布置在试验段1的观察窗6外，ICCD相机8与观察窗6之间还布置有凸透镜7；电子枪2、同步控制器4、ICCD相机8之间通过导线连接，ICCD相机8与计算机10之间通过网线9连接。进一步地，所述的电子枪2的束流为1mA～5mA，电压为20kV～100kV。进一步地，所述的同步控制器4的脉冲频率为1kHz～100kHz。进一步地，所述的观察窗6和凸透镜7的材质为石英光学玻璃。实施例1本实施例为本专利技术的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置的第一种工作过程：a1.启动高超声速低密度风洞，建立流场，测量流场静压，直至静压低于20Pa；b1.打开电子枪2、同步控制器4、ICCD相机8和计算机10；c1.启动同步控制器4，同步控制器4发送脉冲信号至电子枪2和ICCD相机8，电子枪2发射脉冲的电子束3，ICCD相机8同步拍摄脉冲的电子束3荧光图像并传输至计算机10，计算机10同步采集脉冲的电子束3荧光图像，得到荧光图像序列F1、F2、……、Fi、Fj、……Fn，n为正整数，图像序列之间的时间间隔为△t，t0为荧光图像F1的起始拍摄时刻，两帧图像Fi和Fj之间的荧光位移距离为△L1；d1.通过公式V1＝△L1/((j-i)×△t)得到速度V1。本实施例的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置获得的电子枪脉冲和ICCD相机同步时序图见图3，△t＝1μs、i＝2拍摄的荧光图像F2见图4a，j＝6拍摄的荧光图像F6见图4b，由图4a、图4b得出如图5所示的喷管出口X＝100mm截面的径向速度分布。实施例2本实施例为本专利技术的基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置的第二种工作过程：a2.启动高超声速低密度风洞，建立流场，测量流场静压，直至静压低于20Pa；b2.打开电子枪2、同步控制器4、ICCD相机8和计算机10；c2.启动同步控制器4，同步控制器4发送频率为f的脉冲信号至电子枪2和ICCD相机8，电子枪2发射脉冲的电子束3，ICCD相机8同步拍摄脉冲的电子束3荧光图像并传输至计算机10，计算机10同步采集脉冲的电子束3荧光图像，得到荧光图像F，荧光图像F上包括一系列频率为f的荧光条纹，荧光条纹之间的平均距离为△L2；d2.通过公式V2＝△L2×f得到速度V2。本实施例获得的喷管出口X＝100mm截面的荧光条纹见图6，其中出口X＝100mm截面、轴线Y＝0mm测点的处理结果图见图7，通过△L2＝(L1+L2+L3+L4+L5)/5，V2＝△L2×f，计算得出该测点速度为V2＝1405m/s。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置，其特征在于，所述的测量装置包括安装在高超声速低密度风洞的试验段(1)上驻室的电子枪(2)，安装在高超声速低密度风洞下驻室的法拉第杯(5)，法拉第杯(5)用于接收电子枪(2)发射的电子束(3)；电子束(3)位于高超声速低密度风洞的喷管(12)和扩压器(11)之间，电子束(3)垂直于喷管(12)的水平轴线；/nICCD相机(8)布置在试验段(1)的观察窗(6)外，ICCD相机(8)与观察窗(6)之间还布置有凸透镜(7)；/n电子枪(2)、同步控制器(4)、ICCD相机(8)之间通过导线连接，ICCD相机(8)与计算机(10)之间通过网线(9)连接。/n

【技术特征摘要】
1.基于脉冲电子束荧光图像的低密度风洞流场速度测量装置，其特征在于，所述的测量装置包括安装在高超声速低密度风洞的试验段(1)上驻室的电子枪(2)，安装在高超声速低密度风洞下驻室的法拉第杯(5)，法拉第杯(5)用于接收电子枪(2)发射的电子束(3)；电子束(3)位于高超声速低密度风洞的喷管(12)和扩压器(11)之间，电子束(3)垂直于喷管(12)的水平轴线；
ICCD相机(8)布置在试验段(1)的观察窗(6)外，ICCD相机(8)与观察窗(6)之间还布置有凸透镜(7)；
电子枪(2)、同步控制器(4)、ICCD相机(8)之间通过导线连接，ICCD相...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈爱国，王杰，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51