[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

说明书

本发明涉及一种基于粒子图像测速及偏振装置的加速度测量装置，包括：至少两台CCD相机；示踪粒子发生器；四脉冲激光器，用于朝向所述粒子流向的方向上依次发射四个脉冲激光束；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；控制装置，分别与所述CCD相机与所述四脉冲激光器连接，以获取不同脉冲激光照射下的示踪粒子图像，进而获取粒子的速度与加速度。通过设置偏振装置中的第一内部偏振镜或第二内部偏振镜与第三内部偏振镜及所述第一分光偏振镜的偏振方向不同，避免了CCD相机在一次拍摄到不同脉冲激光束照射下的示踪粒子图像。

技术领域

本发明涉及激光测速技术领域中的粒子图像测速(Particle ImageVelocimetry，PIV)技术，特别涉及一种基于粒子图像测速及偏振装置的加速度测量装置。

背景技术

传统的PIV技术主要包括两种：第一种PIV技术，双脉冲激光器的单脉冲功率一般可以做得很大，比如350mJ-1J，对应地相机也可以选用分辨率很高的曝光CCD相机，可以测量面积很大的研究对象，但是频率和相机的传输速度受到限制，并且，1秒内只能得到5对或10对粒子图像，也就是5个或10个速度场，由于每两个速度场之间的时间间隔太长，达到0.1秒以上，无法由速度场两两算出加速度场；第二种高频PIV技术，高频脉冲激光器的频率可高达1KHz，但单脉冲能量仅为20mJ，并且高速相机在较高帧频模型下工作，其分辨率受传输带宽的约束，无法实现高分辨率拍摄，导致系统无法获取较大面积的粒子图像，短时间内得到的大量数据提高了后期数据处理的难度。

如果能够提供一种四脉冲激光器，能够依次发射四个脉冲激光束，再利双曝光CCD相机分别拍摄四个脉冲激光束照亮的示踪粒子图像，根据获取的跨帧示踪粒子图像计算示踪粒子的速度。然而由于四个脉冲激光束之间的时间间隔很短，而传统双曝光CCD相机的第二次曝光的时间较长，使得CCD相机在拍摄第二脉冲激光束照射的示踪粒子图像时会同时拍摄到第三脉冲激光束照射的示踪粒子图像，导致获取的跨帧粒子对不准确，影响基于该跨帧粒子对计算的粒子速度的准确性和/或精度。

发明内容

基于此，有必要针对上述背景技术中的问题，提供一种能够避免CCD相机在一次曝光拍摄的过程中同时拍摄到两个不同脉冲激光束照射下的示踪粒子图像的、且能够测量粒子加速度的基于粒子图像测速及偏振装置的加速度测量装置。

本申请的一方面提供一种基于粒子图像测速及偏振装置的加速度测量装置，包括：

至少两台电荷藕合器件图像传感器(charge coupled device，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，用于朝向所述CCD相机镜面法线垂直的方向上发射示踪粒子；

四脉冲激光器，用于朝向垂直于所述粒子流向的方向上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相机分别在双曝光模式下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；