[實用新型]一種隔行掃描CCD的流動二維速度場測量裝置

有效

• 申請號: 201320256105.4
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN203232047U
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 許傳龍;宋飛虎;李健;王勝南
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01P5/22
• 分類號: G01P5/22
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王華

技術領域

本實用新型屬于流場測量技術領域，尤其涉及隔行掃描CCD傳感器的二維瞬時流動速度場的測量技術。

背景技術

對于二維平面速度場的測量，主要有粒子示蹤速度法(Particle?Tracer?Velocimetry，簡稱PTV)和粒子圖像速度法(Particle?Image?Velocimetry，簡稱PIV)。PTV/PIV是20世紀80年代發展起來的研究流體力學的一種非常重要的儀器，它是通過在流場中散布跟隨性與反光性良好的示蹤粒子，用片狀激光照射所測流場的切面區域，采用成像記錄系統連續獲取兩次或多次曝光的粒子圖像，再利用圖像互相關方法獲得每一個小區域中粒子圖像的平均位移，即可得到全場的速度分布。PIV技術克服了以往單點測速技術的局限性，實現了對流場瞬態、全場、非接觸、無干擾的測量，自出現后很短時間內就得到廣泛應用，已成為流體力學和傳熱學研究中最重要的測量儀器，廣泛地應用于與流動測量相關的各個領域，極大推動了流體力學、傳熱學、燃燒學等相關領域的科學發展。

但是目前商品化的PIV儀器設備復雜，價格昂貴。商業PIV儀器在國際市場價格要達20-30萬美金，極大地限制了PIV測量儀的應用和發展。因此，研究和發展設備簡單，價格合理，同時測量范圍又可以滿足大多數情況下的流場測量儀器也是PIV技術發展的方向之一。

發明內容

發明目的：針對上述現有存在的問題和不足，本實用新型提供了一種隔行掃描CCD的流動二維速度場測量方法及裝置。相比現有商用PIV儀器，本實用新型方法及裝只需利用低功率、小型連續發光的氣體激光器作為光源，而無需調制成為脈沖光，利用隔行掃描CCD攝像機記錄流體的圖像，因此利用一幀圖像可測量流體的速度場，具有設備簡單、成本低等優點。

技術方案：為實現上述發明目的，本實用新型采用以下技術方案：一種隔行掃描CCD傳感器的流動二維速度場測量方法的測量裝置，包括激光器、透鏡組、隔行掃描CCD和帶圖像采集卡的計算機，所述激光器光源出射端通過光學支架與柱面鏡相連；所述頭透鏡組通過卡口與隔行掃描CCD連接，所述隔行掃描CCD通過信號電纜與計算機的圖像采集卡連接。

作為優選，所述透鏡組包括兩個普通光學鏡頭，透鏡組的放大率為0.501，焦距為225mm，f數5.9。

有益效果：與現有技術相比，本實用新型具有以下優點：無需大功率的激光器、高分辨率的CCD和復雜的同步裝置的情況下，可以實現PIV全場速度測量；設備簡單，價格低廉，適合不同場合下流場測量。

附圖說明

圖1為本實用新型所述隔行掃描CCD的流動二維速度場測量裝置的結構示意圖；

圖2為本實用新型所述測量方法的流程示意圖。

其中，激光器1、透鏡組2、隔行掃描CCD3、計算機4、柱面鏡5。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本實用新型。應理解這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領域技術人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。

本實用新型的工作原理：向待測流體中種植示蹤粒子，示蹤粒子受到激光片光源照射，隔行掃描CCD3在計算軟件的控制下，由圖像采集卡采集獲取流場圖像，并存儲在計算機4內；在計算機4內，數據處理軟件首先對獲取的圖像進行濾波、二值化處理，并將一幀圖像分離成兩場圖像，對分離出的兩場圖像進行相關處理，即可獲得待測流體二維速度場分布。

如圖1所示，本實用新型的基于隔行掃描CCD3傳感器的流動二維速度場測量裝置主要包括光源、透鏡組2、隔行掃描CCD3、圖像采集卡、計算機4。光源可采用連續激光器1(如He-Ne激光器1)或脈沖激光器1，激光器1出射端通過光學支架與柱面鏡5相連。透鏡組2包括兩個普通光學鏡頭(透鏡組2的放大率0.501，焦距225mm，f數5.9，具體參數可以根據實驗需求進行選擇)，通過C卡口與隔行掃描CCD3連接。隔行掃描CCD3通過信號電纜與圖像數據采集卡相連，數據采集卡嵌入在計算機4內。在計算機4內的圖像數據處理系統控制下，可完成圖像采集、存儲與處理等整體協調。

如圖2所示，下面對本實用新型的工作過程及數據計算具體說明：

待測流體中加入示蹤粒子，激光器1出射光在柱面鏡5的作用下形成扇形片狀光，在片狀光源的照射下，示蹤粒子各自形成一個小的散射斑點，利用隔行掃描CCD3傳感器獲取一幀運動圖像g(x,y)，包含兩場圖像，利用圖像采集卡采集并儲存在計算機4內。