[實用新型]用于PIV實驗的環狀輻射片光發生裝置

有效

• 申請號: 201820506474.7
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN208026759U
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 唐洪武;劉全帥;王浩;嵇陽;唐立模;陳紅;肖建峰
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01P5/26
• 分類號: G01P5/26
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李玉平

本實用新型提供一種用于PIV實驗的環狀輻射片光發生裝置，主要由激光器、透鏡組、圓臺面反光鏡和套筒組成。激光器發出平行激光柱，經透鏡組折射后，平行激光柱的直徑擴大，再經過圓臺面反光鏡的反射，形成360°輻射的片光平面。該裝置解決了常規片光光源無法實現三維動邊界內部水流結構PIV測量的難題，使得馬蹄渦、尾渦等復雜水流結構瞬態完整圖形的實驗獲取成為可能，可顯著促進相關問題的研究。

技術領域

本實用新型屬于水利試驗技術領域，具體涉及一種用于PIV實驗的環狀輻射片光發生裝置。

背景技術

粒子圖像測速技術（PIV）是一種先進的現代流速測量技術，能夠在不干擾水流的情況下獲取瞬態流速場，對流動空間結構的實驗研究具有無可替代的作用。PIV技術的基本原理是：在流場中布撒示蹤粒子，使用脈沖激光片光源照亮測試區域，通過連續兩次或多次曝光，將流場中粒子的運動圖像記錄下來，采用光學楊氏條紋法、自相關法或互相關法處理圖像，計算出流場中各點的流速矢量，進一步可以獲得流速分布、流線及渦量場等運動特性。

PIV系統主要包含四個部分：示蹤粒子、片光光源、圖像記錄系統和圖像處理系統。其中片光光源的質量直接影響PIV的測量效果，甚至決定了測量能否進行。現有技術中，一般采用定向性良好的激光光源，通過透鏡組生成具有一定輻射角的三角形片光或具有一定寬度的矩形片光，適用于規則邊界條件下流場的PIV測量。然而工程實踐中的很多問題具有不規則的三維動邊界，例如橋墩、丁壩、海上作業平臺等涉水工程的沖刷問題，此時，沖刷坑內的水流結構往往是研究的關鍵。由于地形的遮擋，上述常規片光光源無法進行PIV測量，這樣就無法獲取關鍵水流結構的瞬態流場形態，使相關研究受到限制。綜上所述，為了使PIV技術得到更廣泛有效的應用，急需研制一種新型的片光光源，實現三維動邊界條件下流場的PIV測量，從而更好地揭示相關的水動力作用機理，為工程實踐提供科學支撐。

發明內容

發明目的：本實用新型提供一種用于PIV實驗的環狀輻射片光發生裝置，其目的在于實現三維邊界條件下流場的PIV測量。

技術方案：為實現上述目的，本實用新型提出的用于PIV實驗的環狀輻射片光發生裝置，包括套筒，以及套筒內同軸線依次排列的激光器、凹透鏡、凸透鏡和圓臺面反光鏡，所述凹透鏡的虛焦點和凸透鏡相鄰側的焦點重合，所述圓臺面反光鏡由上部的分光圓柱和下部的圓臺組成，所述分光圓柱頂面的具有吸光層，所述圓臺側面具有反光層，所述反光層周圍的套筒壁上設有環形玻璃窗。

具體地，所述套筒內壁具有用于固定激光器的第一卡槽、用于固定凹透鏡的第二卡槽、用于固定凸透鏡的第三卡槽，以及用于固定圓臺面反光鏡的第四卡槽。

具體地，所述圓臺的底面與母線夾角為45°。

具體地，所述分光圓柱直徑為D₁，所述激光器發射的細平行激光柱的直徑為D₂，凹透鏡與凸透鏡組合的放大倍數為D₃/D₂，圓臺面反光鏡輻射光平面的厚度為(D₃-D₁)/2。