[实用新型]一种仿生鱼摆尾的压力场测量装置

说明书

一种仿生鱼摆尾的压力场测量装置，包括透明玻璃钢水槽，高能激光器、D型柱透镜。所述透明玻璃钢水槽内部均匀布撒PIV示踪粒子，机械仿生鱼的尾部摆动时带动水槽内的PIV示踪粒子运动，产生位移。操作架固定在透明玻璃钢水槽，操作架通过可伸缩式机械臂连接机械仿生鱼的背鳍，操作架设有微型压力传感器，操作架一侧设有CCD摄像机，透明玻璃钢水槽外部设有高能激光器。本实用新型客服了活鱼在自由游泳时压力场不易测量的缺点，实现了机械仿生鱼尾部周围无限个点的压力场的测量。

技术领域

本实用新型涉及仿生鱼压力场测量技术领域，特别是一种仿生鱼摆尾的压力场测量装置。

背景技术

如何获取鱼类游泳行为所产生的流场一直是鱼类保护研究者们所关注的问题。但是活鱼在自由游泳时，位置往往不易捕捉，而仿鱼机器人是参照鱼类的游动推进机理，利用机械和电子手段以及功能材料来模拟鱼游动作，因而国内外研究者们往往通过模拟仿生鱼所产生的流场来代替。粒子图像测速技术（PIV）能在同一瞬态下记录大量空间点上的速度分布信息，并可提供丰富的流场空间结构及流动特性，由于其非侵入、瞬时、全场的测量方式，弥补了超声多普勒流速仪（ADV）、激光多普勒测速仪(LDV)等这些单点、接触测量仪器的缺点，能够获取精度更高的流场，故而备受青睐。用PIV技术研究鱼仿生鱼的流场也成为研究热点。

压强作为重要的水力因子，是分析流体内部受力的主要因素，而鱼类运动时，在水中产生的力是不可直接测量的。传统的压力测量装置，例如压力传感器、测压管等压强测量技术，都或多或少的存在接触式、非瞬时、有限点这三个方面的缺陷。由于PIV弥补上述的不足，因此如何从PIV所测的速度场数据中获取流体内的压力场成为最近国内外学者的关注点。目前从PIV获取流体的速度场主要依据的是N-S（Navier-Stokes）方程，通过N-S方程不同的变形形式，可以得到不同的压力场重构方法，例如泊松方程法、直接积分法、控制容积法等。

目前国内外研究的主要是仿生鱼的速度场，对其压力场的研究相对较少，本实用新型所提出的一种仿生鱼摆尾的压力场测量装置，能高效、简易的获取鱼体摆尾所产生的压力场，克服了目前研究机制的不足。

发明内容

针对目前鱼体压力研究机制不足，本实用新型提供一种仿生鱼摆尾的压力场测量装置。本实用新型装置由透明玻璃钢水槽、CCD高速相机、PIV示踪粒子、实验仿生鱼、激光发射系统，微型压力传感器，图像处理系统组成，通过CCD高速相机记录鱼尾处示踪粒子的位移，拍摄的视频通过图像处理系统获取速度场，从PIV的速度场数据中获取压力场，通过微型压力传感器实时监测点的瞬时压力，作为对比压力求解时的参考压力点，即可获取准确的鱼体摆尾产生的压力场。

本实用新型采取的技术方案为：

一种仿生鱼摆尾的压力场测量装置，包括透明玻璃钢水槽，高能激光器、D型柱透镜。所述透明玻璃钢水槽内部均匀布撒PIV示踪粒子，机械仿生鱼的尾部摆动时带动水槽内的PIV示踪粒子运动，产生位移。操作架固定在透明玻璃钢水槽，操作架通过可伸缩式机械臂连接机械仿生鱼的背鳍，操作架设有微型压力传感器，其压力感应元件伸入水体中，用于监测压力值。

操作架一侧设有CCD摄像机，CCD摄像机连接后处理系统。

透明玻璃钢水槽外部设有高能激光器。高能激光器产生的点光源穿过D型柱透镜的平面一侧，经过曲面一侧的折射，产生面光源，面光源穿透透明玻璃钢水槽照射在机械仿生鱼的中线所在平面，该平面的PIV示踪粒子被照亮，从而被CCD摄像机所捕捉到。

所述机械仿生鱼包括：鱼体轮廓a、鱼尾b、电池c、微型处理器程控芯片d、上部线圈e、下部线圈f、条形磁铁g。在鱼体轮廓a内设有上部线圈e、下部线圈f，其对称分布于鱼体后部的两侧，鱼体的下方设有电池仓，其中装有电池c，电池c的正、负极由导线与微型处理器程控芯片d连接，微型处理器程控芯片d输出端分别连接上部线圈e、下部线圈f，两个线圈的中间设有一个可以摆动的条形磁铁g，条形磁铁g与伸出鱼体轮廓a的鱼尾b相连。