[實用新型]一種單相機全場多普勒測速裝置

無效

• 申請號: 200920121717.6
• 申請日: 2009-06-04
• 公開（公告）號: CN201413339Y
• 公開（公告）日: 2010-02-24
• 發明（設計）人: 趙曉東;張洪軍;彭海波
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01P5/26
• 分類號: G01P5/26
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本實用新型涉及流速的測量裝置，具體地說是涉及一種單相機全場多普勒測速裝置。

背景技術

隨著激光、計算機和傳感器等技術的發展，用于流場測量的新技術和新儀器不斷被創造出來，如激光多普勒風速儀(LDA)、粒子成像測速儀(PIV)、平面激光誘導熒光技術(PLIF)等應用十分廣泛。

但目前還有一些流場沒有很好手段來進行非接觸測量或測量中存在較大誤差，例如，高馬赫數和超高馬赫數流場測量、大尺度風洞流場實時測量、燃燒場多參數實時測量等。對于基于PIV技術的測量裝置而言，由于對顆粒散射光要求很高，要求流場內顆粒較大，但對于高馬赫數流場而言跟隨性會隨之降低，顆粒太小則散射光強變弱，粒子配對成功率下降，無法滿足全場測速的要求。近些年發展起來的多普勒全場測速(DGV)技術應用在上述應用中具有一定潛力。

DGV的基本工作原理是測量運動粒子散射光的多普勒頻移。當激光被移動粒子散射時，會產生多普勒頻移，根據多普勒頻移公式有：

ΔfD=1λ(o^-i^)·V]]>

其中，和別是接收和發射光單位矢量，V是流動速度矢量，λ是入射光波長。

DGV使用一個窄線寬激光來照亮流場中的某一平面。示蹤粒子散射光經過分子濾波器后由一相機采集。同時該圖像在不經過濾波器的情況下被另外一個相機-參考相機所采集。分子濾波器是一個簡單的光學元件(兩端開窗的玻璃圓柱)，內裝吸收分子，該分子具有能夠和激光光譜相匹配的吸收帶。這就形成了一個具有有限長度斜邊的透射率曲線(如圖1所示)，通過濾波器的光譜強度和光的頻率有關。I_v/I_0v是分子濾波器的光譜透射率，I_v定義為通過濾波器后的光譜強度(在頻率v處)，I_0v為濾波器之前的光譜強度。通過濾波器的光譜強度是散射光的光譜強度與濾波器分子吸收線的卷積。信號相機的每一個像素記錄了積分光譜強度，I＝∫I_vdv。參考相機采集了未通過濾波器的流場圖像，即與未經濾波器的積分光譜強度I₀(I₀＝∫I_0vdv)。以積分透射率為自變量，頻移(或頻率函數ζ)為因變量繪制頻移-透射率變化曲線(如圖2所示)，實際測試中，一旦每個像素點上的透射率通過兩個相機信號對比得到后，多普勒頻移就可以根據濾波器的頻率函數計算出，示蹤粒子速度(即流動速度)可以由頻移計算出。

盡管DGV有其優點，但是在應用過程中還存在一些問題。為消除激光頻率和強度變化對測量結果的影響，需用參考信號來進行修正，因此DGV技術中每個速度分量需用兩個相機，即信號相機和參考相機，由此造成設備造價昂貴，且不可避免地存在光路對正誤差。為此，研究人員提出多種改進方法，如雙頻激光、鏡頭分區等，這些方法效果都不是很理想。

發明內容

針對目前全場測速技術中存在的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種單相機全場多普勒測速裝置。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

Nd:YAG激光器發出的調制激光經分光鏡進行分光后，一路經圓柱透鏡和第一球面透鏡形成片光照亮流場測試區域，另一路經平面鏡、第一碘分子濾波器、第二球面透鏡、光電二極管和計算機接口接到控制計算機，計算機接口的三路控制信號分別經頻率控制器、溫度控制器、同步控制器與Nd:YAG激光器連接，流場測試區域的散射光經透鏡、第二碘分子濾波器和CCD相機接入控制計算機。

所述的第一、第二碘分子濾波器均為在石英玻璃筒體的兩端加上光學玻璃窗口，石英玻璃筒體外壁分別開有與真空泵相連的連接口，與冷端盲頭的連接接口，經截止閥與裝有固態碘的側臂的連接接口。