[發明專利]紅外海藻粒子圖像測速裝置及其測量方法

在審

• 申請號: 202110009779.3
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112834780A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 胡曉;黃慧玲;張奔;楊國黨;龍澤宇;石小濤
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01P5/20
• 分類號: G01P5/20;G01P5/22
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

一種紅外海藻粒子圖像測速裝置及其測量方法，包括設置在水槽上的紅外激光器，水槽旁設有攝像機支架，攝像機支架上設有至少兩臺攝像機，攝像機與電腦電性連接；所述的水槽為透明水槽。水槽一端設有進水口，水槽另一端連通水箱，水箱內設有水泵，水泵通過管道與進水口連通；水槽內設有擋水板，擋水板靠近進水口設置，擋水板下游端設有兩塊整流柵，兩塊整流柵之間的區域為試驗測量區域；紅外激光器位于試驗測量區域上方。本發明解決了目前粒子圖像測速裝置靈活度較低、粒子圖像測速裝置在變坡水槽中的應用精確度較低、明亮綠色激光的照射會改變魚類行為和激光片PIV成像產生陰影的問題。

技術領域

本發明屬于流體力學及魚類行為學領域，特別涉及一種紅外海藻粒子圖像測速裝置及其測量方法。

背景技術

粒子圖像測速技術是七十年代末發展起來的一種瞬態、全流場、無接觸的測速技術。其通過多次拍攝并記錄實驗區中示蹤粒子的移動，分析示蹤粒子的位置以得出實驗區拍攝視野內的全局瞬時流速。目前這項技術被廣泛應用于魚類動力學研究，通過其測量的流場信息經過繁雜的數據分析計算可獲得魚類周身水動力學數據，例如：壓力數據、身體表面力、力矩等。

現有的粒子圖像測速技術多用于靜水狀態下，且采用明亮、穿透性較強的綠色激光照亮，目前對激光照射下魚類游動行為的改變研究較少，只在初步實驗中觀察到魚類避開激光片游動，為了克服明亮的激光對魚類的游泳行為產生的影響，提出替代技術。另外激光裝置和攝像機裝置的架設也比較固定，不夠靈活，調整視野、角度、高度的過程中費時耗力。此外，PIV數據的后處理方法不夠便捷，耗時較長。

另外，目前在魚類行為學實驗中大量應用的是不變坡水槽，而實際水流往往是在有一定縱向比降的河床中運動，因此，變坡水槽的應用對于魚類行為學研究有著重要的意義。現存的變坡升降器中存在著穩定性弱、可控性小、便捷度低等問題，易造成測量數據與實際情況誤差太大。

發明內容

鑒于背景技術所存在的技術問題，本發明所提供的紅外海藻粒子圖像測速裝置及其測量方法，解決了目前粒子圖像測速裝置靈活度較低、粒子圖像測速裝置在變坡水槽中的應用精確度較低、明亮綠色激光的照射會改變魚類行為和激光片PIV成像產生陰影的問題，可測量任意平面上粒子的流動狀態下產生的渦量、壓力、表面力和力矩，是一種新的測量水動力學數據的方法。

為了解決上述技術問題，本發明采取了如下技術方案來實現：

一種紅外海藻粒子圖像測速裝置，包括設置在水槽上的紅外激光器，水槽旁設有攝像機支架，攝像機支架上設有至少兩臺攝像機，攝像機與電腦電性連接；所述的水槽為透明水槽。

優選的方案中，所述的水槽一端設有進水口，水槽另一端連通水箱，水箱內設有水泵，水泵通過管道與進水口連通；水槽內設有擋水板，擋水板靠近進水口設置，擋水板下游端設有兩塊整流柵，兩塊整流柵之間的區域為試驗測量區域；紅外激光器位于試驗測量區域上方。

優選的方案中，所述的攝像機包括垂直拍攝用攝像頭和水平拍攝用攝像頭，垂直拍攝用攝像頭和水平拍攝用攝像頭分別通過兩個伸縮桿固定。

優選的方案中，所述的水槽底部設有變坡升降器，變坡升降器用于調節水槽坡度。

優選的方案中，所述的包括設置在水槽底部的滑軌，滑軌上設有多個滑塊，滑塊與螺紋升降桿鉸接設置，螺紋升降桿與蝸輪螺紋配合，蝸輪通過蝸桿驅動旋轉；水槽一端與水箱鉸接設置。

優選的方案中，所述的螺紋升降桿包括第一螺紋升降桿、第二螺紋升降桿和第三螺紋升降桿，第一螺紋升降桿、第二螺紋升降桿和第三螺紋升降桿的螺紋距依次減小。

優選的方案中，所述的紅外激光器的數量至少包括四個，多個紅外激光器設置在試驗測量區域上方兩側。

優選的方案中，所述的紅外海藻粒子圖像測速裝置的測量方法，包括如下步驟：