[发明专利]粒子图像测速装置和粒子图像测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维流场测试技术领域，具体而言，涉及一种粒子图像测速装置和粒子图像测试方法。

背景技术

流场测试技术作为研究流体运动重要的实验手段，其技术的升级对于相关学科的研究具有较大的促进作用。粒子图像测速(Particle Image Velocimetry)PIV是20世纪80年代发展起来的一种瞬态、不接触式、全流场定量测量技术。它综合了单点测量和流动显示技术的优点，既具有高精度和高分辨率，有能够获得平面流场显示的整体结构和瞬态平均图像。

国外最新的三维粒子图像测速(简称SPIV)系统采用立体数码照相技术，即采用多台相机从不同方位记录被照明的流场的一个剖面，根据两台相机空间位置投影关系和视差，将两台相机的各二维坐标映射为空间一点的三维坐标，将两台相机的两个二维位移场映射为空间一点的三维位移场，从而完成粒子空间位移场和速度场的重建。最后，通过事先设定的算法获得流场的速度场和压力场等。但其实验平台相对复杂，多个照相机的架设和同步控制较难控制，其对实验操控要求较高，所测为单一剖面。

国内一些三维粒子图像测速系统采用三棱镜分光装置将入射激光分散为不同颜色的片光照射在测试区域，并在摄像机镜头前加装某一特定颜色的滤光片，从而拍摄出不同断面的速度流场信息。这种方式使得拍摄区域某一颜色的光波，其光强度不够易造成拍摄结果有较大的实验误差。或者其它测试系统通过单个相机形成不同视角下流场中粒子的成像，根据不同视角的粒子成像对粒子进行三维定位和追踪，得到三维空间流场。这种方式并不能同时拍摄流场的三维流动信息，测试结果误差较大。

有鉴于此，设计制造出一种粒子图像测速装置，能够实现三维流场的同步拍摄，提出一种精准、实用、两断面同步测量的粒子图像测速技术在目前三维流场测试技术领域中显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粒子图像测速装置，能够实现三维流场的同步拍摄，通过两个截面同步测量的方式准确获得粒子的三维流场分布特征，实用性强，操控方便，测量结果精确，成本相对较低。

本发明的目的还在于提供一种粒子图像测试方法，采用上述的粒子图像测速装置，操控方便，测量结果精确可靠。

本发明改善其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。

本发明提供的一种粒子图像测速装置，所述粒子图像测速装置包括激光系统、采集系统、同步系统和数据处理系统。

所述激光系统用于产生两个光波振动方向相互垂直的光源，每个所述光源照射一个截面。所述采集系统与所述数据处理系统连接，所述采集系统用于采集所述截面上的粒子的图像数据、并将所述图像数据发送至所述数据处理系统。所述同步系统分别与所述激光系统、所述采集系统连接，用于控制所述激光系统和所述采集系统同步开启、同步关闭。所述数据处理系统用于保存所述图像数据，并根据所述图像数据分析出三维流场分布。

进一步地，所述激光系统包括第一激光器和第二激光器，所述第一激光器用于发出第一光源，所述第二激光器用于发出第二光源，所述第一光源和所述第二光源的光波振动方向相互垂直。

进一步地，所述激光系统还包括第一偏振片和第二偏振片。所述第一偏振片安装于所述第一激光器上，用于改变所述第一光源的振动方向。所述第二偏振片安装于所述第二激光器上，用于改变所述第二光源的振动方向，并且使所述第二光源的光波振动方向与所述第一光源的光波振动方向垂直。

进一步地，所述采集系统包括第一摄像机和第二摄像机，所述第一摄像机用于拍摄所述第一激光器照射的截面，所述第二摄像机用于拍摄所述第二激光器照射的截面。

进一步地，所述采集系统还包括第三偏振片和第四偏振片，所述第三偏振片安装于所述第一摄像机上，用于过滤所述第二激光器上发出的光，所述第四偏振片安装于所述第二摄像机上，用于过滤所述第一激光器上发出的光。

进一步地，所述第一摄像机包括第一镜头，所述第二摄像机包括第二镜头，所述第三偏振片安装于所述第一镜头前，以便于所述第一摄像机仅拍摄到所述第一激光器照射的截面；所述第四偏振片安装于所述第二镜头前，以便于所述第二摄像机仅拍摄到所述第二激光器照射的截面。

进一步地，所述第一摄像机和所述第二摄像机均采用电荷藕合器件图像传感器。

进一步地，所述同步系统包括同频器，所述同频器分别与所述第一激光器、所述第二激光器电连接，以控制所述第一激光器、所述第二激光器同时开启和同时关闭；所述同频器分别与所述第一摄像机、所述第二摄像机电连接，以控制所述第一摄像机、所述第二摄像机同时拍摄。