[发明专利]一种用于粒子图像测速仪的三维激光测准定位仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于粒子图像测速仪的三维激光测准定位的仪器，属于流体力学实验技术领域。

背景技术

粒子图像测速仪(Particle Image Velocimetry，缩写PIV)是一种基于流场图像互相关分析的非接触式流场测量技术，可实现二维和三维流场无扰动测量，是现代流场测试强有力的工具，研究流场结构的重要手段，在流体力学、生物力学、航空航天、海洋水利等众多领域获得了广泛的应用。PIV技术相关的设备都有标准商用配置产品出售，国内众多研究机构都购置了PIV设备，主要包括激光器，图像采集相机(CCD)，同步控制器，粒子发生器，数据处理计算机等部件，其工作原理是由激光片光面(可调范围0.5～2.5mm)在短间隔时间内多次照射均匀分布粒子的流场待测平面，CCD相机同步捕获图像，对连续两幅流场图像进行互相关分析，计算流场速度矢量。而实际使用过程中，获得精准速度场的前提就是确保流场待测平面、激光片光面和CCD相机拍摄平面的三面重合，PIV厂商提供了简单的标定平板来达到以上目的，实际上是用肉眼观察的经验方法，如板的定位、标识点识别等，耗时且烦琐，实用中有很多不确定性，使测量结果具有较大人为误差，这种不可控的误差在精细测量中是不能被容忍的。因此，为提高PIV测量精度和可信度，需要建立规范、科学的标定装置。

发明内容：

本发明提供一种用于粒子图像测速仪的三维激光测准定位的仪器，该仪器可以实现流场待测平面、激光片光面和CCD相机拍摄平面的三面重合，提高PIV测试精准度。

本发明的技术方案如下：

一种用于粒子图像测速仪的三维激光测准定位仪，其特征在于：该定位仪包括三维坐标调节架和激光片光校正系统；所述的三维坐标调节架包括Z向坐标架、Y向坐标架、X向坐标架、前定位十字标尺、后定位十字标尺、旋转基座和底座；所述的激光片光校正系统包括上下两块结构相同的激光片光校正板、对焦标尺、光电检测板和光电指示器；在激光片光上校正板和激光片光下校正板上均平行布置一组不同宽度的狭缝；所述的对焦标尺设置在两块激光片光校正板对应的狭缝之间；激光片光通过激光片光上校正板和激光片光下校正板对应的狭缝照射在光电检测板上，光电检测板通过信号线与光电指示器相连接；所述的两块激光片光校正板和光电检测板由上至下设置在Z向坐标架上，并沿Z向坐标架上下移动；所述的Z向坐标架垂直安装在Y向坐标架上，并沿Y方向移动，Y向坐标架安装在X向坐标架上，并沿X方向移动；所述的前定位十字标尺和后定位十字标尺平行设置在X向坐标架两端；所述的X向坐标架设置在所述的旋转基座上，旋转基座安装在底座上。

本发明的技术特征还在于：在Y向坐标架上设有两条Y向滑轨和Y向丝杠，所述的Z向坐标架垂直安装在两条Y向滑轨上，并与Y向丝杠连接，丝杠转动带动Z向坐标架沿滑轨在Y方向移动；在X向坐标架上设有两条X向滑轨和X向丝杠，所述的Y向坐标架安装在X向坐标架上的两条滑轨上，并与X向丝杠连接，丝杠转动带动Y向坐标架沿X向滑轨在X方向移动。

本发明所述的Z向坐标架上设有竖向导槽，所述的激光片光上校正板和激光片光下校正板沿导槽上下移动。所述的旋转基座通过水平调节旋钮安装在底座上，并通过角度调节旋钮使旋转基座在水平面内360°旋转。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：使用三维坐标调节架可精确确定测试平面位置，通过激光片光校正系统实现流场测试平面、激光片光面和相机拍摄平面的三面重合，并利用光电检测装置自动检测重合度，避免了以往肉眼观察等经验标定方法带来的人为误差，使粒子图像测速仪标定过程更为简易、规范和准确。

附图说明：

图1为本发明三维激光测准定位仪示意图。

图2为三维坐标调节架俯视结构示意图。

图3为三维坐标调节架主视结构示意图。

图4为本发明三维激光测准定位仪的应用示意图。

图中：1-激光片光上校正板；2-激光片光下校正板；3-对焦标尺；4-光电检测板；5-光电指示器；6-Z向坐标架；7-Y向坐标架；8-X向坐标架；9-前定位十字标尺；10-后定位十字标尺；11-旋转基座；12-支座；13-Y向滑轨；14-Y向丝杠；15-Y向丝杠旋钮；16-X向滑轨；17-X向丝杠、18-X向丝杠旋钮、19-角度调节旋钮、20-水平调节旋钮。21-激光头、22-激光头姿态调整架、23-导光臂、24-激光器、25-CCD相机、26-CCD相机姿态调整架、27-PIV控制和采集主机。

具体实施方式