本發(fā)明涉及冰風(fēng)洞試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種液態(tài)水含量測量方法。

背景技術(shù)：

試驗冰風(fēng)洞內(nèi)的液態(tài)水含量測量是試驗過程中一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能否精確測量結(jié)冰環(huán)境的液態(tài)水含量對防冰結(jié)果分析尤為重要。國內(nèi)外測量液態(tài)水含量的方法多種多樣，例如圓盤冰厚測量方法、熱線測量方法、超聲波測量方法、總壓管測量方法和PDPA測量方法。圓盤冰厚測量方法通常是人工測量，人工測量誤差較大；熱線測量方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對流場的均勻性要求較高，對大直徑過冷水滴測量誤差較大；超聲波測量方法受環(huán)境噪聲的影響較大，測量準確性較差；總壓管測量方法是基于重量增加和時間平均的方法，測量效率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種液態(tài)水含量測量方法，以解決或至少減輕背景技術(shù)中所存在的至少一處的問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：提供一種液態(tài)水含量測量方法，包含以下步驟：

S1，選取試驗測量桿，并將所述測量桿放置在冰風(fēng)洞試驗段；

S2，在所述測量桿的一端放置凸透鏡，另一端放置圖像傳感器，所述圖像傳感器通過數(shù)據(jù)線與計算機處理系統(tǒng)連接，在所述凸透鏡遠離所述圖像傳感器的一側(cè)設(shè)置有點光源；

S3，采用風(fēng)速測量儀測量出所述冰風(fēng)洞試驗段的風(fēng)速；

S4，在給定時間段內(nèi)，采用所述圖像傳感器測量平行光源未被所述測量桿表面前緣積冰遮擋的光信號，通過數(shù)字采集系統(tǒng)將所述圖像傳感器接收到的光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳遞給所述計算機處理系統(tǒng)；

S5，利用所述計算機處理系統(tǒng)計算冰層的厚度；

S6，通過步驟S5中的所述冰層的厚度及步驟S2中所述冰風(fēng)洞試驗段的風(fēng)速，計算氣流的液態(tài)水含量。

優(yōu)選地，在步驟S4中，采用所述圖像傳感器測量平行光源未被所述測量桿表面前緣積冰遮擋的光信號，具體為，以所述測量桿的外表面作為坐標原點，所述冰層遮擋的區(qū)域不會有光信號被所述圖像傳感器接收，所述圖像傳感器在所述冰層的對應(yīng)區(qū)域沒有數(shù)字信號，利用所述計算機處理系統(tǒng)計算該區(qū)域的結(jié)冰厚度。

優(yōu)選地，在步驟S6中，所述液態(tài)水含量的具體算法為，

其中，LWC——液態(tài)水含量，kg/m³；

ρ_冰——結(jié)冰密度，kg/m³；

δ——結(jié)冰厚度，m；

t——結(jié)冰時間，s；

v——氣流速度，m/s；

β——局部水收集系數(shù)，前緣駐點取1。

優(yōu)選地，在步驟S1中，所述測量桿選取圓柱桿，所述圓柱桿的直徑范圍為8mm～18mm，所述圓柱桿的長度為15cm～25cm。

優(yōu)選地，在步驟S4中，所述給定時間段為30秒～60秒。

優(yōu)選地，在步驟S2中，所述圖像傳感器采用CCD圖像傳感器。

優(yōu)選地，在步驟S2中，所述點光源設(shè)置在所述凸透鏡的聚焦點上。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明液態(tài)水含量測量方法光信號被遮擋區(qū)域隨著積冰厚度的變化而變化，可以實現(xiàn)液態(tài)水含量的實時在線測量，可適用的結(jié)冰環(huán)境范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實施例的液態(tài)水含量測量方法的流程圖。

圖2是圖1所示液態(tài)水含量測量方法的測量裝置示意圖。

其中，1-點光源，2-凸透鏡，3-冰層，4-測量桿，5-圖像傳感器，6-數(shù)據(jù)線，7-計算機處理系統(tǒng)。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。

如圖1、圖2所示，一種液態(tài)水含量測量方法，包含以下步驟：

S1，選取試驗測量桿4，并將測量桿4放置在冰風(fēng)洞試驗段。在本實施例中，測量桿4選取圓柱桿，圓柱桿的直徑為14mm，長度為20cm?？梢岳斫獾氖?，所述圓柱桿的直徑還可以根據(jù)實際情況設(shè)定，例如，在一個備選實施例中，圓柱桿的直徑設(shè)定為10mm，長度為16mm；在另一個備選實施例中，圓柱桿的直徑設(shè)定為16mm，長度為22cm；且圓柱桿的直徑可以在8mm～18mm之間設(shè)定設(shè)定，圓柱桿的長度可以在15cm～25cm之間任意設(shè)定。其優(yōu)點在于，圓柱桿對于氣流的擾流影響較小，有利于提高試驗精度。另外，圓柱桿的直徑及長度必須控制在合適的范圍內(nèi)，圓柱桿太細太長則容易發(fā)生彎曲，影響測量精度，圓柱桿太粗則容易對氣流產(chǎn)生擾流。圓柱桿的直徑及長度在所述范圍內(nèi)選取，可以保證測量桿的剛性，進而保證測量精度。

S2，在測量桿4的一端放置凸透鏡2，另一端放置圖像傳感器5，圖像傳感器5通過數(shù)據(jù)線6與計算機處理系統(tǒng)7連接，在凸透鏡2遠離圖像傳感器5的一側(cè)設(shè)置有點光源1。

圖像傳感器5的光信號分辨率決定液態(tài)水含量的測量精確度，可以根據(jù)試驗精度要求選擇分辨率合適的圖像傳感器。

在本實施例中，圖像傳感器采用CCD圖像傳感器。選用CCD圖像傳感器的優(yōu)點在于，

高解析度：像點的大小為μm級，可感測及識別精細物體，像素數(shù)目可達到400～500萬像素，提高影像品質(zhì)；

低雜訊，高敏感度：CCD具有很低的讀出雜訊和暗電流雜訊，因此提高了信噪比(SNR)，同時又具高敏感度，很低光度的入射光也能偵測到，其訊號不會被掩蓋，使CCD的應(yīng)用較不受天候拘束；

動態(tài)范圍廣：同時偵測及分辨強光和弱光，提高系統(tǒng)環(huán)境的使用范圍，不因亮度差異大而造成信號反差現(xiàn)象；

良好的線性特性曲線：入射光源強度和輸出訊號大小成良好的正比關(guān)系，物體資訊不致?lián)p失，降低信號補償處理成本；

高光子轉(zhuǎn)換效率：很微弱的入射光照射都能被記錄下來，若配合影像增強管及投光器，即使在暗夜遠處的景物仍然還可以偵測得到；

大面積感光：利用半導(dǎo)體技術(shù)已可制造大面積的CCD晶片；

光譜響應(yīng)廣：能檢測很寬波長范圍的光，增加系統(tǒng)使用彈性，擴大系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域；

低影像失真：使用CCD感測器，其影像處理不會有失真的情形，使原物體資訊忠實地反應(yīng)出來；

體積小、重量輕：CCD具備體積小且重量輕的特性；

低秏電力、不受強電磁場影響；

電荷傳輸效率佳：該效率系數(shù)影響信噪比、解像率，若電荷傳輸效率不佳，影像將變較模糊；

可大批量生產(chǎn)，品質(zhì)穩(wěn)定，堅固，不易老化，使用方便及保養(yǎng)容易。

在本實施例中，點光源1設(shè)置在凸透鏡2的聚焦點上。

S3，采用風(fēng)速測量儀測量出所述冰風(fēng)洞試驗段的風(fēng)速。

S4，在給定時間段內(nèi)，采用圖像傳感器5測量平行光源未被測量桿4表面前緣積冰遮擋的光信號，通過數(shù)字采集系統(tǒng)將圖像傳感器5接收到的光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳遞給計算機處理系統(tǒng)7。

在本實施例中，所述給定時間段為30秒～60秒。其優(yōu)點在于，如果時間太短，可能會出現(xiàn)冰層結(jié)晶量太薄，對測量誤差影響較大，如果時間太長，則可能會出現(xiàn)冰層結(jié)晶厚度太厚，影響測量結(jié)果。而本實施例中所給出的給定時間段是通過長期試驗積累的經(jīng)驗，具有較高的試驗可信度。

S5，利用計算機處理系統(tǒng)7計算冰層3的厚度；由于冰層3遮擋的區(qū)域不會有光信號被圖像傳感器5接收，圖像傳感器5在該區(qū)域沒有數(shù)字信號轉(zhuǎn)化，該區(qū)域的長度用計算機還原后即為圓柱桿的結(jié)冰厚度。

S6，通過步驟S5中的冰層3的厚度及步驟S2中所述冰風(fēng)洞試驗段的風(fēng)速，計算氣流的液態(tài)水含量。

本發(fā)明液態(tài)水含量測量方法光信號被遮擋區(qū)域隨著積冰厚度的變化而變化，可以實現(xiàn)液態(tài)水含量的實時在線測量，可適用的結(jié)冰環(huán)境范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高。

在本實施例中，在步驟S4中，采用所述圖像傳感器5測量平行光源未被所述測量桿4表面前緣積冰遮擋的光信號，具體為，以所述測量桿4的外表面作為坐標原點，冰層3遮擋的區(qū)域不會有光信號被所述圖像傳感器5接收，圖像傳感器5在冰層3的對應(yīng)區(qū)域沒有數(shù)字信號，利用計算機處理系統(tǒng)7計算該區(qū)域的結(jié)冰厚度。

在本實施例中，在步驟S6中，所述液態(tài)水含量的具體算法為，

其中，LWC——液態(tài)水含量，kg/m³；

ρ_冰——結(jié)冰密度，kg/m³；

δ——結(jié)冰厚度，m；

t——結(jié)冰時間，s；

v——氣流速度，m/s；

β——局部水收集系數(shù)，前緣駐點取1。

在圖2所示的本實施例中液態(tài)水含量測量方法的測量裝置試驗圖中，自上而下的箭頭表示氣流來流方向。

最后需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制。盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。