[发明专利]一种粒子图像测速用电子标靶及其使用方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种粒子图像测速用电子标靶，属于流动测速技术领域。

(二)背景技术

粒子图像测速(Particle Image Velocimetry，简称PIV)是一种现代激光测速技术，主要运用于流场速度测量。通过追踪示踪粒子在流场中的运动来得到流场速度场。传统的PIV技术使用一个厚度在1毫米以下的激光片光源来照亮流场中的粒子，通过单个相机对粒子在很短时间内的位置进行追踪，来实现二维平面内的二维速度场测量(通常用2D2C来表示)。PIV技术在航空航天、能源、化工和医学等领域都有非常广泛的应用。

PIV技术里有个关键的实验环节叫标定，主要是为了建立物理测量区域和成像平面内一一对应的关系，即获得映射函数。标定时，将标靶放置于激光片光源照射区域，靶面完全和激光片光源重叠。然后通过成像记录标靶上标点的成像平面上的像素位置，并通过分析标点的物理位置和像素位置之间的关系来实现对物理测量区域的标定。这里标靶通常是一个平板，在标靶平面设置有几何排列的大小形状一致的标点阵，而标点可以为圆形、方形或者十字形的图案。

目前PIV用常见的标靶为金属标靶，是在金属平板表面进行处理后将标点点阵印制在靶面，或者在靶面压制一个凹陷的标点阵。此类标靶的使用具有较多局限性。首先，标靶的点阵不能随不同实验工况的要求而改变，影响了它的适用性。比如改变相机视场大小后，会改变成像的放大率。这样对标靶上的标点大小和标点间距就会有不同的要求，而定制的金属标靶只能在一定使用范围内使用，不能随意改变标靶的点阵。其次，标靶的成像受到限制。因为金属标靶本身不是发光源，在成像时必须依靠外加光源的反射形成清晰的像，这对标靶的实用造成了一定的限制，同时标靶的成像质量也依赖于外加光源的强度和角度。例如压制生成的标点，在外界光照下有时会在标点成像附近形成阴影不利于标点的识别。这个现象在相机有视角的情况下显得更加突出。第三，标靶上标点的成像精度较难保证。由于加工精度的限制，通常情况下标靶的加工精度往往落后于相机成像的分辨率。例如普通PIV实验，相机成像的分辨率在几微米或者几十微米，而标靶的制造中，标点的形状和尺度都很难达到这个精度。如果外加光源设置的不好，标定的精度更难保证了。本发明正是基于以上几点考虑，提出了一种粒子图像测速用电子标靶。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种粒子图像测速用电子标靶，用户能通过电子标靶TFT触摸屏的操作设置标靶点阵参数来实现具有不同形状、大小和间距的标靶点阵，以满足不同工况的PIV实验需求。

本发明一种粒子图像测速用电子标靶，它包括硬件系统和软件系统两部分，硬件系统又包括软件开发平台和电子标靶主体两部分，其中软件开发平台包括微型计算机1和仿真器2，而电子标靶主体包括开发板3和显示屏4。该微型计算机1为通用的微型计算机，采用戴尔OPTIPLEX 960台式机，win764位系统，基本配置为Intel Core2中央处理器，6GB内存，1TB硬盘，ATI Radeon HD 4670独立显卡；该仿真器2采用ARM通用20针JTAG接口仿真器，版本8.0；该开发板3选用神州一号STM32开发板，支持通用的2.4/2.8寸LCD液晶触摸屏；该显示屏4采用普通2.8寸TFT触摸式显示屏。其中，微型计算机1和仿真器2通过JTAG接口的数据线连接；仿真器2和开发板3之间采用20针排线连接；显示屏4固定在开发板3上，通过一个通用的32芯LCD接口连接。开发板3和显示屏4共同组成电子标靶主体，脱离开发环境后可独立工作，所需电源为独立配置或者通过开发板3上的USB接口和微型计算机1相连来获得。

该软件系统其开发环境采用软件uVision IDE V4.10，开发板3的仿真采用软件J-linkARM V4.20。在软件uVision中配置仿真器2和开发板3，使uVision能通过仿真器2识别开发板3。编译电子标靶的引导程序生成HEX文件，通过uVision自带的固件导入工具将此HEX装载于开发板3上的闪存(flash)，这样每次启动电子标靶都能自动运行该程序。安装引导程序后的电子标靶可以通过显示屏4上的提示，触摸显示屏4来操作设定点阵。

本发明一种粒子图像测速用电子标靶的使用方法，其步骤如下：

(1)接通电子标靶电源，电子标靶自动开启并显示开机画面。

(2)开机画面结束后出现点阵设置的操作界面，依次触摸选择设置选项，直至完成最后一个选择设置，电子标靶自动生成标点点阵。各个设置界面依次如下：