本發(fā)明涉及的是一種粒子圖像測速裝置及方法。

背景技術(shù)：

流場是流體運(yùn)動所占據(jù)的空間，流場應(yīng)用廣泛，隨著科技的進(jìn)步，高速流場逐漸在很多技術(shù)領(lǐng)域都有涉及，例如噴氣式飛機(jī)尾噴管就是高速流場。清楚、準(zhǔn)確的認(rèn)識高速流場中各個(gè)區(qū)間內(nèi)的速度分布，對研究問題與解決問題都有重要的意義，因此急需一種針對高速流場的全局速度測量儀器。

最初的流場速度測試主要以單點(diǎn)測試為主，有熱線風(fēng)速測量法和激光多普勒速度測量法，熱線風(fēng)速測量法是采用一根通電加熱的細(xì)金屬絲最為探頭，將其置于所測流場中，根據(jù)熱的金屬絲在流場中的散熱情況與流場速度的關(guān)系來測量流場的速度，由于將金屬絲探頭直接放入流場中，這種方法對流場有干擾作用，不能準(zhǔn)確的反應(yīng)流場的速度信息，并且該種方法是單點(diǎn)測量無法從全局上展示流場的速度分布。激光多普勒速度測量法是通過測量激光探頭的示蹤粒子的多普勒信號，再根據(jù)速度與多普勒頻移的關(guān)系得到速度的值，由于這種方式對測量流場沒有干擾，測量較為準(zhǔn)確，但同樣屬于單點(diǎn)測量不能反應(yīng)流場全局的速度信息。針對這種情況，全流場非接觸式的粒子圖像測速技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這類方法原理是向流場中均勻地布撒示蹤粒子，通過短時(shí)間間隔的兩幅圖像來確定粒子運(yùn)動速度，并以此代替流場的速度分布。但這種方法在測量高速流場時(shí)，需要縮短兩幅圖像的拍照時(shí)間，這在一定情況下對控制器的要求增加，另外在兩幅圖像中尋找相關(guān)粒子進(jìn)行速度計(jì)算時(shí)也較為復(fù)雜。這使得傳統(tǒng)的粒子圖像測速技術(shù)在高速流場中的應(yīng)用受到了限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供在高速流場中用于流體瞬態(tài)、多點(diǎn)、無接觸條件下的一種適用于高速流場的單幀粒子成像測速儀及其測速方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明一種適用于高速流場的單幀粒子成像測速儀，其特征是：包括激光器、高速CCD攝像機(jī)、同步控制器、粒子發(fā)生器、片光源系統(tǒng)、測試窗口、圖像采集與分析系統(tǒng)，同步控制器分別連接激光器和高速CCD攝像機(jī)，測試窗口內(nèi)部為測試流場，激光器產(chǎn)生的脈沖激光通過片光源系統(tǒng)照射在測試窗口上，粒子發(fā)生器連接測試窗口，高速CCD攝像機(jī)面向測試窗口設(shè)置，圖像采集與分析系統(tǒng)連接高速CCD攝像機(jī)。

本發(fā)明一種適用于高速流場的單幀粒子成像測速方法，其特征是：采用如下測速裝置：

包括激光器、高速CCD攝像機(jī)、同步控制器、粒子發(fā)生器、片光源系統(tǒng)、測試窗口、圖像采集與分析系統(tǒng)，同步控制器分別連接激光器和高速CCD攝像機(jī)，測試窗口內(nèi)部為測試流場，激光器產(chǎn)生的脈沖激光通過片光源系統(tǒng)照射在測試窗口上，粒子發(fā)生器連接測試窗口，高速CCD攝像機(jī)面向測試窗口設(shè)置，圖像采集與分析系統(tǒng)連接高速CCD攝像機(jī)；

采用同步控制器控制激光器，使激光器發(fā)出脈沖激光，該脈沖激光通過片光源系統(tǒng)形成片光源照射在測試窗口，與此同時(shí)粒子發(fā)生器不斷的通過測試窗口向測試流場填充示蹤粒子，采用同步控制器控制高速CCD攝像機(jī)，高速CCD攝像機(jī)通過測試窗口對測試流場進(jìn)行單幀圖像的拍攝，拍攝的圖片信息傳遞給圖像采集與分析系統(tǒng)，所述圖像采集與分析系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的優(yōu)勢在于：本發(fā)明可以很好的解決傳統(tǒng)的PIV測速系統(tǒng)應(yīng)用在高速流場時(shí)，同步器難以精確控制激光器的脈沖間隔和高速CCD攝像機(jī)的拍攝間隔給測量帶來的影響，也避免了從兩幅圖像中尋找相關(guān)的粒子進(jìn)行速度計(jì)算的問題。本發(fā)明可有效的測量高速流場中速度的分布情況。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述：

結(jié)合圖1，包括同步控制器1、激光器2、片光源系統(tǒng)3、粒子發(fā)生器4、測試窗口5、高速CCD攝像機(jī)6和圖像采集與分析系統(tǒng)7；同步控制器1控制激光器2，使激光器2發(fā)出高強(qiáng)度的脈沖激光，該激光通過片光源系統(tǒng)3形成片光源照射在測試窗口5，與此同時(shí)粒子發(fā)生器4不斷的通過測試窗口5向測試流場填充示蹤粒子，高速CCD攝像機(jī)6也在同步控制器1的控制下通過測試窗口5對高速流場進(jìn)行單幀圖像的拍攝，拍攝的圖片信息傳遞給圖像采集與分析系統(tǒng)7。

本發(fā)明粒子成像測速方法的原理：利用高強(qiáng)度的脈沖激光作為探測光源，同步控制器1控制激光器2，使激光器2發(fā)出高強(qiáng)度的脈沖激光，該柱形高強(qiáng)度的激光通過片光源系統(tǒng)3生成片光源照射在測試窗口5內(nèi)。與此同時(shí)同步控制器1控制粒子發(fā)生器4使其不斷的向被測高速流場中填充示蹤粒子。由于是在高速流場中進(jìn)行檢測，傳統(tǒng)的PIV測速系統(tǒng)中同步器的精度難以控制，高速CCD攝像機(jī)拍攝兩幅圖像的時(shí)間間隔難以控制，此外在進(jìn)行相關(guān)計(jì)算時(shí)，從兩幅圖像中尋找相關(guān)的粒子難度較大。在本方法中同步控制器1控制高速CCD攝像機(jī)6對高速流場進(jìn)行單幀圖像拍攝。得到的圖像傳遞給圖像采集與分析系統(tǒng)7。根據(jù)圖像進(jìn)行分析計(jì)算，進(jìn)而得到所測高速流場的速度場信息。圖像采集與分析系統(tǒng)7采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。