[實用新型]一種基于LED光源與相機分光鏡拍攝的PIV裝置

有效

• 申請號: 201821819447.1
• 申請日: 2018-11-06
• 公開（公告）號: CN209086271U
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 王高峰;葉振輝;方元祺
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01P5/20
• 分類號: G01P5/20
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本實用新型公開了一種基于LED光源與相機分光鏡拍攝的PIV裝置，包括LED光源和至少一個相機分光鏡拍攝裝置；所述的LED光源包括大功率LED燈珠、光源轉換裝置、光源信號控制器等，所述的相機分光鏡拍攝裝置包括兩個相機、分光鏡、相機信號控制器等；兩個相機設置于分光鏡上，光源信號控制器用于控制LED光源周期性發光，相機信號控制器用于控制兩個相機在LED光源開啟周期內進行拍攝。本實用新型裝置能夠為各種類型的PIV技術提供數據采集支持，通過創新性地采用LED光源，有效提升了光源信號控制的靈敏度，提高了照明的亮度和穩定性，從而提升PIV實驗數據的精確度，同時可大幅縮減設備成本。

技術領域

本實用新型屬于粒子圖像測速(PIV，Particle Image Velocimetry)領域，涉及一種PIV裝置，尤其涉及一種基于LED光源與相機分光鏡拍攝的PIV裝置，為PIV技術提供一種高精度、簡便、經濟的數據采集手段。

背景技術

粒子圖像測速(Particle Image Velocimetry，下稱PIV)是一種瞬態、多點、無接觸式的測速方法，能在同一瞬態記錄下大量空間點上的速度分布信息，并可提供豐富的流場空間結構以及流動特性，是目前實驗流體力學領域最為成熟、應用最廣的測速技術。

傳統PIV技術主要步驟有：采用高亮度光源(通常采用激光)照亮示蹤粒子，用單個高速相機在極短時間間隔內(通常10us左右)拍攝兩張照片，在計算機上采用互相關函數等算法對兩張照片中的粒子進行定位、追蹤，最后用速度定義式得到速度場。

傳統的PIV技術可以測量一個平面內的二維速度場(2D2C)。StereoPIV采用兩個高速相機從兩個不同角度拍攝，通過解讀兩個相機視差包含的信息，可以得到平面的三維速度場(2D3C)。

與傳統的激光光源相比，LED能夠輸出無論在時間強度分布還是空間強度分布都更加穩定的連續脈沖光照，對LED的時序控制更加靈敏。此外，大功率LED已經大規模生產，與激光相比其造價更為低廉。

高速相機以雙曝光方式在極短的時間間隔(約10us)內拍攝得到兩張照片可以用于PIV分析，但高速相機存在價格過高的問題。可以看到，目前過高的設備價格已成為限制PIV推廣的重要制約因素，尋找合適的改良方法具有重大的工程價值。

實用新型內容

本實用新型的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于LED光源與相機分光鏡拍攝的PIV裝置，該裝置能夠在不損失精度(甚至略微提高)的情況下，大大降低成本。本實用新型的基于LED光源與相機分光鏡拍攝的PIV裝置，包括LED光源和至少一個相機分光鏡拍攝裝置；所述的LED光源包括大功率LED燈珠、光源轉換裝置、散熱機構、光源信號控制器，所述的相機分光鏡拍攝裝置包括兩個相機、分光鏡、數據線、計算機、相機信號控制器；大功率LED燈珠置于散熱機構上，通過光源轉換裝置形成相應PIV技術所需光源照亮示蹤粒子，所述的兩個相機設置于分光鏡上，并通過數據線與計算機相連，光源信號控制器用于控制LED光源周期性發光，相機信號控制器用于控制兩個相機在LED光源開啟周期內進行拍攝，兩相機拍攝起始時間間隔Δt，且頻率、曝光時間均相同。

在使用平面PIV技術時，只采用一個相機分光鏡拍攝裝置；所述的光源轉換裝置包括光纖準直器和入口為圓形捆束出口為線性排列的光纖線纜，LED光源經光纖準直器與光纖線纜連接。

在使用StereoPIV技術時，采用兩個相機分光鏡拍攝裝置，從不同角度進行拍攝；所述的光源轉換裝置包括光纖準直器和入口為圓形捆束出口為線性排列的光纖線纜，LED光源經光纖準直器與光纖線纜連接。

在使用TomoPIV技術時，所述的光源轉換裝置采用光學透鏡實現，用于將LED光源轉換為所需考察的立體空間光源；采用至少六個相機分光鏡拍攝裝置，從不同角度進行拍攝。

上述技術方案中，優選的，所述的兩相機拍攝起始時間間隔Δt為10-50μs。