[发明专利]一种用于离心泵PIV相机测准及调节装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及流体力学实验领域，特指一种用于离心泵PIV相机测准及调节装置及其方法。

背景技术

粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry，简称PIV)是一种利用流场图像获得流场速度的测量技术，可实现二维和三维的非接触式测量，是流体力学领域测试流场速度的重要手段。由于具有多点测量、非接触、高精度的特点，已在流体力学、流体机械、化学化工、航空航天、船舶与海洋等工程领域得到了广泛的应用。为了获得较好的实验结果，需要确保流场待测平面、激光照射平面和相机拍摄平面有较好的重合度，而现有的实验方法大多局限于用肉眼观察等经验方法来调整相机拍摄平面和激光器照射平面。徐胜金等在《一种用于粒子图像测速仪的三维激光测准定位仪》(2010)中提出了一种利用辅助调整激光位置和相机位置的装置，但没有给出精确调整相机与被测平面平行的方法。随着测试技术的发展，PIV中相机位置带来的误差逐渐成为离心泵PIV测试发展的障碍。

本发明提供一种用于离心泵PIV相机测准及调节的方法和装置，该方法和装置可以精确调整相机拍摄姿态，使相机拍摄平面与被测平面重合，大幅提高PIV测试精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于离心泵PIV相机测准及调节装置及其方法，它可以使相机拍摄平面与被测平面重合。

本发明用相机拍摄标定卡图像，利用计算机对图像进行测量，并辅助相机测准调节架精确调整相机的拍摄姿态，使相机拍摄平面与被测平面重合。

标定卡是指在模型泵测试窗口表面的非测量区域加工的，九个相等正方形组成的九宫格图案。

本发明的原理是：打开计算机和相机，启动PIV测试软件，选取连续摄像模式；利用相机测准调节装置粗略调整相机的拍摄姿态X、Y、Z、θ，使标定卡占据相机拍摄区域的1/2到3/4；调整相机的光圈和焦距，使标定卡成像清晰；切换相机为单张拍摄模式，拍摄一张标定卡的图像；利用计算机检测图像中的九宫格图形是否是标准正方形；图像检测过程可以通过CAD导入图像的方法或者使用图像识别程序完成；检测中需要分别对9个小正方形和它们组成大正方形进行检测，以提高图像检测的精度；利用游标角度尺调整旋转底座，同时拍摄不同旋转角度下标定卡的图像；直到图像中的九宫格图形是标准正方形时，停止调整旋转底座，此时相机拍摄平面与标定卡平面重合，与测试平面平行；然后调整X向调整架、Y向调整架和Z向调整架使相机拍摄模型泵测试区域，并调整相机焦距使相机拍摄平面与测试平面重合，完成相机调整过程。

本发明的装置包括相机测准调节架、模型泵、相机和计算机；相机测准调节架包括移动底座、X向调整架、Y向调整架、Z向调整架、旋转底座；移动底座为长方形，在其四角下安装有滚轮，可以在地面上移动；滚轮上有固定装置，使滚轮固定不动；Y向调整架包括Y向调整架支架，一根Y向丝杠和两根Y向滑轨，Y向调整架支架为矩形框架，Y向丝杠和Y向滑轨两端与Y向调整架支架相连，Y向丝杠和两根Y向滑轨相互平行，且Y向丝杠位于两根Y向滑轨中间；Y向调整架支架通过标准紧固件安装在移动底座上，这样Y向调整架可以通过移动底座的滚轮在移动或固定位置；Z向调整架包括Z向调整架支架，一根Z向丝杠和两根Z向滑轨，Z向调整架支架为矩形框架，Z向丝杠和Z向滑轨两端与Z向调整架支架相连，Z向丝杠和两根Z向滑轨相互平行，且Z向丝杠位于两根Z向滑轨中间；Z向调整架支架通过标准紧固件安装在Y向滑轨上，并通过螺纹件与Y向丝杠形成螺纹连接，这样Z向调整架可以通过旋转Y向丝杠在Y向滑轨上运动；X向调整架包括X向调整架支架，一根X向丝杠和两根X向滑轨，X向调整架支架为矩形框架，X向丝杠和X向滑轨两端与X向调整架支架相连，X向丝杠和两根X向滑轨相互平行，且X向丝杠位于两根X向滑轨中间；X向调整架支架通过标准紧固件安装在Z向滑轨上，并通过螺纹件与Z向丝杠形成螺纹连接，这样X向调整架可以通过旋转Z向丝杠在Z向滑轨上运动。相机安装在旋转底座上，旋转底座通过标准紧固件安装在X向滑轨上，并通过螺纹件与X向丝杠形成螺纹连接，旋转底座通过旋转X向丝杠在X向滑轨上运动；通过X向调整架、Y向调整架、Z向调整架和旋转底座调整相机的拍摄姿态；模型泵测试窗口表面有标定卡，用于辅助调整相机的拍摄姿态；计算机与相机相连，通过PIV测试软件控制相机切换连续摄像或单张拍摄。