[发明专利]红外海藻粒子图像测速装置及其测量方法

说明书

一种红外海藻粒子图像测速装置及其测量方法，包括设置在水槽上的红外激光器，水槽旁设有摄像机支架，摄像机支架上设有至少两台摄像机，摄像机与电脑电性连接；所述的水槽为透明水槽。水槽一端设有进水口，水槽另一端连通水箱，水箱内设有水泵，水泵通过管道与进水口连通；水槽内设有挡水板，挡水板靠近进水口设置，挡水板下游端设有两块整流栅，两块整流栅之间的区域为试验测量区域；红外激光器位于试验测量区域上方。本发明解决了目前粒子图像测速装置灵活度较低、粒子图像测速装置在变坡水槽中的应用精确度较低、明亮绿色激光的照射会改变鱼类行为和激光片PIV成像产生阴影的问题。

技术领域

本发明属于流体力学及鱼类行为学领域，特别涉及一种红外海藻粒子图像测速装置及其测量方法。

背景技术

粒子图像测速技术是七十年代末发展起来的一种瞬态、全流场、无接触的测速技术。其通过多次拍摄并记录实验区中示踪粒子的移动，分析示踪粒子的位置以得出实验区拍摄视野内的全局瞬时流速。目前这项技术被广泛应用于鱼类动力学研究，通过其测量的流场信息经过繁杂的数据分析计算可获得鱼类周身水动力学数据，例如：压力数据、身体表面力、力矩等。

现有的粒子图像测速技术多用于静水状态下，且采用明亮、穿透性较强的绿色激光照亮，目前对激光照射下鱼类游动行为的改变研究较少，只在初步实验中观察到鱼类避开激光片游动，为了克服明亮的激光对鱼类的游泳行为产生的影响，提出替代技术。另外激光装置和摄像机装置的架设也比较固定，不够灵活，调整视野、角度、高度的过程中费时耗力。此外，PIV数据的后处理方法不够便捷，耗时较长。

另外，目前在鱼类行为学实验中大量应用的是不变坡水槽，而实际水流往往是在有一定纵向比降的河床中运动，因此，变坡水槽的应用对于鱼类行为学研究有着重要的意义。现存的变坡升降器中存在着稳定性弱、可控性小、便捷度低等问题，易造成测量数据与实际情况误差太大。

发明内容

鉴于背景技术所存在的技术问题，本发明所提供的红外海藻粒子图像测速装置及其测量方法，解决了目前粒子图像测速装置灵活度较低、粒子图像测速装置在变坡水槽中的应用精确度较低、明亮绿色激光的照射会改变鱼类行为和激光片PIV成像产生阴影的问题，可测量任意平面上粒子的流动状态下产生的涡量、压力、表面力和力矩，是一种新的测量水动力学数据的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案来实现：

一种红外海藻粒子图像测速装置，包括设置在水槽上的红外激光器，水槽旁设有摄像机支架，摄像机支架上设有至少两台摄像机，摄像机与电脑电性连接；所述的水槽为透明水槽。

优选的方案中，所述的水槽一端设有进水口，水槽另一端连通水箱，水箱内设有水泵，水泵通过管道与进水口连通；水槽内设有挡水板，挡水板靠近进水口设置，挡水板下游端设有两块整流栅，两块整流栅之间的区域为试验测量区域；红外激光器位于试验测量区域上方。

优选的方案中，所述的摄像机包括垂直拍摄用摄像头和水平拍摄用摄像头，垂直拍摄用摄像头和水平拍摄用摄像头分别通过两个伸缩杆固定。

优选的方案中，所述的水槽底部设有变坡升降器，变坡升降器用于调节水槽坡度。

优选的方案中，所述的包括设置在水槽底部的滑轨，滑轨上设有多个滑块，滑块与螺纹升降杆铰接设置，螺纹升降杆与蜗轮螺纹配合，蜗轮通过蜗杆驱动旋转；水槽一端与水箱铰接设置。

优选的方案中，所述的螺纹升降杆包括第一螺纹升降杆、第二螺纹升降杆和第三螺纹升降杆，第一螺纹升降杆、第二螺纹升降杆和第三螺纹升降杆的螺纹距依次减小。

优选的方案中，所述的红外激光器的数量至少包括四个，多个红外激光器设置在试验测量区域上方两侧。

优选的方案中，所述的红外海藻粒子图像测速装置的测量方法，包括如下步骤：