一种连续的高分辨率瞬时空泡形态捕捉装置及方法

本发明涉及空泡形态瞬时捕捉，尤其涉及一种连续的高分辨率瞬时空泡形态捕捉装置及方法。

背景技术：

1、空化现象是在实际生产生活中普遍存在的问题，探究空化中空泡的发展过程有助于我们理解超声清洗、水力机械等领域应用或预防空化。然而，空泡的生长溃灭过程在几百微秒甚至更小的量级上，现在常用高速相机或是ccd相机对其进行捕捉。

2、高速相机虽能捕捉得到同一空泡的连续发展图像序列，但是由于带宽、分辨率等因素的限制，帧率越高的相机所能存储的图片越少，图像分辨率也较低，远不能在ns级曝光时间内清晰完整捕捉到同一空泡的连续生长溃灭形态。

技术实现思路

1、本发明提供一种连续的高分辨率瞬时空泡形态捕捉装置及方法，用以解决现有技术中不能完整捕捉到同一周期下的空泡生长溃灭形态的缺陷。

2、本发明提供一种连续的高分辨率瞬时空泡形态捕捉装置，包括：点火激光器、照明激光器、ccd相机、同步控制器、水听器、水箱、示波器、pc端以及控制单元，所述点火激光器、所述照明激光器、所述ccd相机与所述同步控制器相连，所述水听器置于所述水箱中并与所述示波器连接，所述ccd相机与pc端进行连接；其中：

3、所述点火激光器，用于在水中产生超过液体击穿阈值的脉冲能量，进而击穿液体形成等离子体并生长形成空泡；

4、所述照明激光器，用于作为所述ccd相机的光源，以使所述ccd相机实现捕捉ns级曝光时间下的空泡形态图像；

5、所述同步控制器，用于控制所述点火激光器、所述照明激光器与所述ccd相机协调工作；

6、所述水听器，用于标定空泡生长溃灭的重复性，以使筛选出的一组空泡形态图像序列能够表征同一空泡的发生过程；

7、所述示波器，用于以电压的方式显示所述水箱中的所述水听器捕捉到的空泡的声音信号；

8、所述pc端，用于记录所述ccd相机拍摄的空泡形态图像；

9、所述控制单元，用于记录空泡在预设观察时间点下的发展形态，以通过记录的空泡在整个生长溃灭周期的发展形态变化获取一组空泡形态图像序列，其中，空泡不同预设观察时间点下的发展形态不同。

10、根据本发明提供的一种连续的高分辨率瞬时空泡形态捕捉装置，所述控制单元通过以下方式记录空泡在预设观察时间点下的发展形态：

11、根据预设观察时间点，调整所述点火激活器和所述照明激活器的触发时间间隔；以及，

12、触发所述同步控制器，以控制所述点火激光器与所述照明激光器在所述触发时间间隔下协调工作；以及，

13、通过所述ccd相机拍摄触发时刻下的空泡形态图像以及通过所述示波器记录空泡在一个生长溃灭周期内初生峰值和溃灭峰值的数值大小及时间间隔；以及，

14、根据水听器信号筛选出不同发展时刻下的空泡形态图像。

15、根据本发明提供的一种连续的高分辨率瞬时空泡形态捕捉装置，所述同步控制器通过同步信号线与所述ccd相机连接，以通过所述同步信号线控制所述ccd相机的快门开关；

16、所述单腔脉冲激光器的激光腔中包括与所述同步控制器相连的第一灯触发信号线与第一q开关触发信号线；

17、所述照明激光器的激光腔中包括与所述同步控制器相连的第二灯触发信号线与第二q开关触发信号线，且所述照明激光器的信号线长度与所述点火激光器的信号线长度相同。

18、根据本发明提供的一种连续的高分辨率瞬时空泡形态捕捉装置，所述同步控制器的灯触发信号线所发送的灯信号用于发送预热信号，所述同步控制器的q开关触发信号线所发送的q信号表征预热完成并可发射能量，且所述灯信号与所述q信号的最佳触发时间间隔处于193μs。

19、根据本发明提供的一种连续的高分辨率瞬时空泡形态捕捉装置，所述水听器的针尖中心正对所述水箱中的空泡中心，且所述水听器与所述水箱中的空泡中心之间的距离为4.9mm～5.1mm。

20、根据本发明提供的一种连续的高分辨率瞬时空泡形态捕捉装置，当所述点火激光器和所述照明激光器的触发时间间隔为0时，所述ccd相机拍摄的空泡形态图像为空泡初生形态图像，通过调整所述点火激光器和所述照明激光器的触发时间间隔，以得到不同时间点的空泡形态图像。

21、根据本发明提供的一种连续的高分辨率瞬时空泡形态捕捉装置，利用所述水听器在空泡的初生时刻和溃灭时刻的峰值信号，筛选出可组成同一空泡演变序列的不同发展时刻下的空泡形态图像。

22、根据本发明提供的一种连续的高分辨率瞬时空泡形态捕捉装置，在所述点火激光器和所述照明激光器的不同触发时间间隔下，所述水听器监测到的空泡的初生峰值和溃灭峰值的数值大小及时间间隔的误差均小于1％，判定是同一空泡的不同发展时刻的发展形态。

23、根据本发明提供的一种连续的高分辨率瞬时空泡形态捕捉装置，在不同触发时间间隔下进行重复执行利用所述水听器监测空泡的步骤，直至出现所述水听器监测到的空泡的初生峰值和溃灭峰值的数值大小及时间间隔的误差均小于1％，并筛选出对应的空泡形态图像。

24、本发明还提供一种基于上述连续的高分辨率瞬时空泡形态捕捉装置的连续的高分辨率瞬时空泡形态捕捉方法，所述方法包括：

25、将点火激光器、照明激光器、ccd相机与同步控制器相连，以通过所述同步控制器控制所述点火激光器、所述照明激光器与所述ccd相机协调工作；

26、将水听器置于水箱中并与示波器连接，以通过所述示波器监测所述水箱中空泡的声音信号，进行空泡发展重复性的筛选；

27、将ccd相机与pc端进行连接，以通过pc端记录所述ccd相机拍摄的空泡形态图像；

28、记录空泡在预设观察时间点下的发展形态，以通过记录的空泡在整个生长溃灭周期的发展形态变化获取一组空泡形态图像序列，其中，空泡不同预设观察时间点下的发展形态不同。

29、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述连续的高分辨率瞬时空泡形态捕捉方法。

30、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述连续的高分辨率瞬时空泡形态捕捉方法。

31、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述连续的高分辨率瞬时空泡形态捕捉方法。

32、本发明提供的连续的高分辨率瞬时空泡形态捕捉装置及方法，包括：点火激光器、照明激光器、ccd相机、同步控制器、水听器、水箱、示波器、pc端以及控制单元，点火激光器、照明激光器、ccd相机与同步控制器相连，水听器置于水箱中并与示波器连接，ccd相机与pc端进行连接；其中：点火激光器，用于在水中产生超过液体击穿阈值的脉冲能量，进而击穿液体形成等离子体并生长形成空泡；照明激光器，用于作为ccd相机的光源，以使ccd相机实现捕捉ns级曝光时间下的空泡形态图像；同步控制器，用于控制点火激光器、照明激光器与ccd相机协调工作；水听器，用于标定空泡生长溃灭的重复性，以使筛选出的一组空泡形态图像序列能够表征同一空泡的发生过程；示波器，用于以电压的方式显示水箱中的水听器捕捉到的空泡的声音信号；pc端，用于记录ccd相机拍摄的空泡形态图像；控制单元，用于记录空泡在预设观察时间点下的发展形态，以通过记录的空泡在整个生长溃灭周期的发展形态变化获取一组空泡形态图像序列，其中，空泡不同预设观察时间点下的发展形态不同。本发明应用ccd相机的高分辨率、小曝光时间的优点，并利用水听器来观察被激光所诱发的空泡发展时间间隔的相近度，判断空泡的生长溃灭过程中空泡形态变化的相近度，选取空泡发展时间间隔相同的极为相近的不同时刻下的空泡形态变化，得到极为连续的、高分辨率的瞬时空泡发展序列。