[发明专利]基于粒子图像测速及偏振装置的加速度测量装置

权利要求书

1.一种基于粒子图像测速及偏振装置的加速度测量装置，其特征在于，包括：

至少两台CCD相机，且镜面相对设置的两台CCD相机的镜面的中心点位于一条直线上，用于获取示踪粒子的图像，所述CCD相机包括第一CCD相机和第二CCD相机；

示踪粒子发生器，用于沿着与所述CCD相机镜面法线垂直的方向发射示踪粒子并形成示踪粒子流；

四脉冲激光器，用于沿着与所述示踪粒子流垂直的方向并朝向所述示踪粒子流依次发射第一脉冲激光束、第二脉冲激光束、第三脉冲激光束和第四脉冲激光束；

偏振装置，包括至少四个分别设置于所述四脉冲激光器内部的内部偏振镜、至少一个设置于所述四脉冲激光器外部的外部偏振镜，以及第一分光偏振镜和第二分光偏振镜，所述内部偏振镜用于对所述四脉冲激光器的发射光起偏，所述外部偏振镜用于将所述四脉冲激光器的发射光聚集，所述第一分光偏振镜用于将聚集光分开以射入所述第一CCD相机，所述第二分光偏振镜用于将聚集光分开以射入所述第二CCD相机；

控制装置，分别与所述CCD相机与所述四脉冲激光器连接，用于同步控制所述第一CCD相机、所述第二CCD相机和所述四脉冲激光器，使得所述第一CCD相机和所述第二CCD相机依次获取所述第一脉冲激光束、所述第二脉冲激光束、所述第三脉冲激光束和所述第四脉冲激光束照射下的示踪粒子图像，并基于所述示踪粒子图像获取示踪粒子的速度与加速度；

其中，所述内部偏振镜包括第一内部偏振镜、第二内部偏振镜、第三内部偏振镜和第四内部偏振镜，用于分别对所述第一脉冲激光束、所述第二脉冲激光束、所述第三脉冲激光束和所述第四脉冲激光束起偏，所述第一内部偏振镜与所述第二内部偏振镜的偏振方向相同，所述第三内部偏振镜和所述第四内部偏振镜的偏振方向相同，所述第一内部偏振镜或所述第二内部偏振镜与所述第三内部偏振镜或所述第四内部偏振镜的偏振方向不同，且所述第一分光偏振镜与所述第三内部偏振镜的偏振方向不同。

2.根据权利要求1所述的基于粒子图像测速及偏振装置的加速度测量装置，其特征在于，所述第一内部偏振镜或所述第二内部偏振镜与所述第三内部偏振镜或所述第四内部偏振镜的偏振方向垂直。

3.根据权利要求1所述的基于粒子图像测速及偏振装置的加速度测量装置，其特征在于，所述第一分光偏振镜覆盖于所述第一CCD相机镜面的外侧，所述第二分光偏振镜覆盖于所述第二CCD相机镜面的外侧，通过调节所述第一分光偏振镜与所述第一CCD相机镜面的相对位置，以及所述第二分光偏振镜与所述第二CCD相机镜面的相对位置，使得所述第一脉冲激光束与所述第二脉冲激光束，所述第三脉冲激光束与所述第四脉冲激光束分别射入不同的CCD相机镜面。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于粒子图像测速及偏振装置的加速度测量装置，其特征在于，基于所述示踪粒子图像，采用互相关算法获取粒子速度，基于所述粒子速度获取粒子加速度。

5.根据权利要求4所述的基于粒子图像测速及偏振装置的加速度测量装置，其特征在于，所述CCD相机为双曝光CCD相机，用于依次连续曝光两幅图像。

6.根据权利要求5所述的基于粒子图像测速及偏振装置的加速度测量装置，其特征在于：

基于一台双曝光CCD相机从T0时刻开始依次获取的两幅图像，利用互相关算法获取粒子速度v1；

基于另一台双曝光CCD相机从T0+Δt时刻开始依次获取的两幅图像，利用互相关算法获取粒子速度v2；

获取的粒子加速度a为：

7.根据权利要求1-3中任一项所述的基于粒子图像测速及偏振装置的加速度测量装置，其特征在于，所述四脉冲激光器发射激光的脉冲宽度为6ns-10ns。

8.根据权利要求6所述的基于粒子图像测速及偏振装置的加速度测量装置，其特征在于，所述双曝光CCD相机的第一幅图像的曝光时间为2us-1ms，所述双曝光CCD相机的第二幅图像的曝光时间为30ms。