[实用新型]一种高速粒子图像测速装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及流体力学速度场测量装置，具体的说是一种高速粒子图像测速装置。

背景技术

随着近代各种飞行器和舰船设计水平的不断发展，对流场测试试验技术也提出了越来越高的要求，传统的单点测量技术(皮托管、热线风速仪以及多普勒测速)已经不能满足各种试验的要求，而流动显示技术也只能定性的显示流场结构，这就要求有突破传统手段的测试技术。粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry，简称PIV)结合了当今最先进的激光技术、计算机技术以及数字图像处理技术，可以测量一个瞬时流场空间截面内各个点的速度，得到整个流动结构的定量化数据，为不同的试验分析提供全新、丰富、可靠的试验依据。

但是现有PIV技术中，主要使用传统PIV相机(也称为跨帧数字相机)和双脉冲激光器，通过延时器和同步控制器由电脑集中控制整套装置。使用PIV相机通过延时器和同步控制器与集成一体的两台脉冲激光器配合，实现一次两幅图像采集时，两幅图像的采集间隔可以达到微秒量级，这样可以测量流速较高的流场；但是每次采集后需要几十毫秒量级的间隔才能进行下一次采集。因此这种装置采集速率低，使用和维护比较复杂，只适合对瞬间高速流场进行瞬时测量，而不适合对高速连续流场进行连续测量，也不能实现加速度场的测量。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种高速粒子图像测速装置，不但可以连续测量高速连续流场中的各个点的速度大小和方向、涡量、剪应力、流线等各种流体力学参数，还能够实现加速度场的(加速度场的主要测试参数为加速度大小和方向)的测量。

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种高速粒子图像测速装置，包括测试段、计算机、激光发射单元、片光调制单元、图象采集单元、粒子发生器，其特征在于：所说的激光发射单元为一台用于产生连续的或准连续的可见光波段激光输出的气体或固体或半导体制式连续激光器，所说的片光调制单元为一套用于将激光发射单元射出的单束激光调制成片状光源的包括一个圆凸透镜、一个凹透柱镜的柱透镜组合，所说的图象采集单元为一台自带高速图像缓存的高速相机，连续激光器和柱透镜组合设置于测试段一端，连续激光器射出的激光通过柱透镜组合调制成激光片光后照射测试段，粒子发生器置于测试段另一端，高速相机设置于测试段侧面，高速相机的拍摄方向垂直于激光片光的照射面，计算机通过通用接口连接高速相机获取图象。

在上述方案的基础上，其特征在于所说的粒子发生器为用于液体测量的空心玻璃微珠式粒子发生器或用于气体测量的烟雾式粒子发生器。

本实用新型具有以下优点：

1.  整套装置仅使用一个激光发射单元，取消了延时器和同步控制器，而且通过使用高速相机可以连续高速拍摄，在大幅减小了每次采集的时间间隔的同时，还能有效的保证采集的各幅图像之间的时间间隔能达到微秒量级，降低了装置制作成本，降低了装置的复杂程度。

2.  可以连续测量高速连续流场中的各个点的速度大小和方向、涡量、剪应力、流线等各种流体力学参数。

3.  能够实现加速度大小和方向的测量。

4.  装置的操作使用方便，易于维护。

附图说明

本实用新型有如下附图：

图1原理示意图

图2实施例示意图

附图标记：

1为激光发射单元，2为片光调制单元，3为图象采集单元，4为计算机，5为粒子发生器，6为测试段，7为单束激光，8为激光片光，9为示踪粒子。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型的粒子图像测速装置包括：