[发明专利]一种时空状态相关的粒子图像流场速度的测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种时空状态相关的粒子图像流场速度的测量系统及方法，涉及流体力学和流体计量技术领域。通过测量系统对流体输送管道中流体的流速进行测量，所述流体输送管道中的两个轴线垂直面为数据采集位置；所述测量系统包括半导体激光器、两个线阵CCD、采集卡以及处理器；通过两根激光发射光纤将半导体激光器发出的激光引入位置一、位置二，形成两束通过管道轴线且共面平行的激光束，以照亮管道中的流体粒子；将位置一、位置二处激光束照亮的流体粒子图像分别引出到两个线阵CCD成像存储；两个线阵CCD采集的一维图像序列经由采集卡传输至处理器中，通过处理器进行存储及运算。提供了一种新的流量量值原级标准，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及流体力学和流体计量技术领域，具体涉及一种利用粒子图像信息的时空状态相关进行流场速度测量的系统和方法。

背景技术

流量计量是计量科学技术的组成部分之一，它与国民经济、国防建设、科学研究有密切的关系。目前，工业计量中常用的几种气体流量计有差压式流量计、容积式流量计、速度式流量计，其中速度式流量计以基本物理量即位移和时间为测量对象，属于原级测量方法，避免了误差传递，理论上具有较高的测量精度。

对流体及流场速度的测量，以非接触式的测量方法最为理想。随着计算机软硬件技术的飞速发展，流场显示与测量领域出现了粒子图像测速技术（Particle ImageVelocimetry，PIV），并在二维及三维流场的测量中获得了广泛应用。PIV技术的最大特点是突破了激光多普勒测速仪（Laser Doppler Velocimetry，LDV）等流场单点测量技术的局限，能够在同一时刻记录下整个流场的流动信息，获取平面二维或空间三维流场的整体结构和瞬态图像，并同时保障单点测量的精度和分辨率。

在天然气、石油等流体输送管道的流速及流量测量中，PIV技术有着具体应用案例，如申请号为“200810240036.1”、名称为“天然气管道内粒子成像装置”的中国发明专利申请所示，但利用PIV技术对流场速度进行测量需要获得流场的二维图像信息，为此需要对流体输送管道进行透明化处理，难度大且会降低管道强度；另外，管道直线段中的流动，无论是层流还是湍流，在统计上均可看作单向定常流动，并不需要PIV技术测量二维非定常流场的特长，造成设备投入的浪费。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种无需二维粒子图像信息，利用一维粒子图像信息测量直线管道流动等单向流动速度的测量系统及测量方法。

本发明的技术方案为：通过测量系统对流体输送管道中流体的流速进行测量，所述流体输送管道中的两个轴线垂直面为数据采集位置，沿流体的流动方向依次记为位置一、位置二，所述流体输送管道中开设有分处在位置一、位置二上的两个激光发射孔以及两个数据采集孔，两个激光发射孔处在管壁的同一轴线平行线上，两个数据采集孔也处在管壁的同一轴线平行线上；

所述测量系统包括半导体激光器、两个线阵CCD、采集卡以及处理器；

所述半导体激光器通过两根激光发射光纤连接流体输送管道，两根激光发射光纤分别连接两个激光发射孔，从而通过两根激光发射光纤将半导体激光器发出的激光引入位置一、位置二，形成两束通过管道轴线且共面平行的激光束，以照亮管道中的流体粒子；

两个线阵CCD分别通过两根数据采集光纤连接流体输送管道，两根数据采集光纤分别连接两个数据采集孔，从而将位置一、位置二处激光束照亮的流体粒子图像分别引出到两个线阵CCD成像存储；

所述处理器通过采集卡同时连接两个线阵CCD，两个线阵CCD采集的一维图像序列经由采集卡传输至处理器中，通过处理器进行存储及运算。

两个线阵CCD的时序同步。

按以下步骤进行测速：

S1、数据采集；