[發明專利]一種基于雙目鏡筒的雙相機PIV流場測量裝置及其控制方法

在審

• 申請號: 201711142936.8
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107741506A
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 劉浩;左春檉;于影
• 申請（專利權）人: 嘉興學院
• 主分類號: G01P5/00
• 分類號: G01P5/00;G01P5/22;G01P1/04
• 代理公司: 北京翔甌知識產權代理有限公司11480
• 代理人: 劉文君

技術領域

本發明涉及一種PIV圖像采集裝置，特別是涉及一種適用于不同流速流場測量的基于雙目鏡筒的雙相機PIV流場測量裝置及其控制方法。

背景技術

所謂流場顯示是將流場的某些特性進行可視化，從而獲得該流場直觀的信息。粒子圖像測速技術（PIV）是在流場顯示技術基礎上發展起來的一種嶄新的流速測量技術。隨著計算機圖像處理與光學技術等的發展，通過對采集圖像的自相關或互相關處理，PIV技術可在同一時刻記錄下整個測量平面的相關信息，從而可以獲得流動的瞬時平面速度場。

作為這里所用的術語，“相關性”包括自相關及互相關等。數字圖像相關是對于不同時刻的兩幀數字圖像，尋求圖像樣本子區和目標子區的最佳匹配，其關鍵問題是相關匹配運算。而數字圖像相關處理的基礎是連續兩幀時間間隔較短的圖像。兩幅圖像必須具有一定的相關性，才能根據采集的圖像處理得到所需要采集的數據結果。因此，在PIV流場測量時，最重要的便是獲得清晰的流場圖像。

為了檢測高速流動的液體或氣體流場，測量系統需要采集連續的兩張或多張清晰圖像。特別是測量高速流體，兩幅圖像之間的時間間隔需要達到微秒（μs）級甚至納秒（ns）級，才能保證兩幅圖像之間的相關性，實現精確測量。

目前，為了實現保證相機的拍攝間隔較小，通常使用專業的PIV相機。而普通的外觸發式工業CCD相機，受到自身感光時間及存儲的限制，并不能連續采集兩張間隔時間極短的清晰圖像。因此，當前PIV流場測量系統，均采用價格昂貴的專業PIV相機，導致PIV流場測量裝置價格昂貴，不利于PIV流場測量裝置的應用與推廣。

發明內容

為了克服以上的技術不足，本發明的目的在于降低PIV流場測量裝置的成本，提高裝置的測量精度，使PIV流場測量裝置能夠得到廣泛應用，并提供一種基于雙目鏡筒的雙相機PIV流場測量裝置及其控制方法。

本發明提供一種基于雙目鏡筒的雙相機PIV流場測量裝置，其包括：

光學組件，將點光源轉換成片光源，并照亮測量的流場區域；

圖像采集和存儲組件，包括圖像采集單元、雙目鏡筒以及鏡頭，所述光學組件的片光源經鏡頭反射至雙目鏡筒的兩個目鏡端口處，所述目鏡端口處分別設置觸發式工業CCD相機，所述觸發式工業CCD相機與所述圖像采集單元連接，兩個觸發式工業CCD相機采集的為同一區域的圖像；

控制系統組件，其包括計算機、同步控制器以及觸發器，所述觸發器與觸發式工業CCD相機連接，所述計算機通過同步控制器與所述光學組件連接，所述同步控制器通過內部時基產生周期的脈沖觸發信號并控制光學組件動作。

所述光學組件包括雙脈沖激光器以及光學鏡組，所述光學鏡組可將雙脈沖激光器產生的光束轉變成片光源。

所述雙目鏡筒包括一個物鏡端口和兩個目鏡端口，兩個目鏡端口分別與兩個觸發式工業CCD相機相連。

所述雙目鏡筒內設有一個分光三棱鏡以及兩個反射三棱鏡，所述鏡頭采集的入射光進所述分光三棱鏡后分成兩個光束，并分別經過反射三棱鏡至兩個目鏡端口。

所述觸發式工業CCD相機和雙目鏡筒構成串聯結構，兩個觸發式工業CCD相機為并聯結構。

所述的雙目鏡筒為雙目裝置、雙目頭、分光裝置光線均分裝置中的至少一種。

一種基于上述基于雙目鏡筒的雙相機PIV流場測量裝置的控制方法，其包括以下步驟：

一、通過同步控制器輸出具有時間間隔的兩個脈沖信號，并分別控制雙脈沖激光器產生的光束的時間間隔，雙脈沖激光器產生的光束經光學鏡組轉換為照亮整個待測量的流場區域的片光源；

二、同步控制器輸出與脈沖信號具有相同時間間隔的觸發信號，并控制觸發式工業CCD相機捕捉流場區域的相應觸發時間的圖像，并將捕捉的圖像發送至計算機，并將兩個工業CCD相機捕捉的圖像相配作為一組互相關圖像。

本發明的有益效果：兩個觸發式工業CCD相機采用雙目鏡筒并聯方式組合，通過同步控制器及觸發器控制，彼此之間無干擾。利用同步控制器，控制工業CCD相機感應時間在雙脈沖激光器激光脈沖范圍內，間隔時間可控，圖像清晰。主要應用于不同測量范圍、不同流速等級的流場測量領域。本發明具有機構緊湊，測量范圍大，測量精度高，工作穩定可靠，可重復性好的優點。

附圖說明

圖1為基于雙目鏡筒的雙相機PIV圖像采集裝置示意圖。

圖2為雙目鏡筒及雙相機安裝示意圖。

圖3為控制系統連接示意圖。

圖4為控制信號時序圖。