[实用新型]用于PIV实验的环状辐射片光发生装置

说明书

本实用新型提供一种用于PIV实验的环状辐射片光发生装置，主要由激光器、透镜组、圆台面反光镜和套筒组成。激光器发出平行激光柱，经透镜组折射后，平行激光柱的直径扩大，再经过圆台面反光镜的反射，形成360°辐射的片光平面。该装置解决了常规片光光源无法实现三维动边界内部水流结构PIV测量的难题，使得马蹄涡、尾涡等复杂水流结构瞬态完整图形的实验获取成为可能，可显著促进相关问题的研究。

技术领域

本实用新型属于水利试验技术领域，具体涉及一种用于PIV实验的环状辐射片光发生装置。

背景技术

粒子图像测速技术（PIV）是一种先进的现代流速测量技术，能够在不干扰水流的情况下获取瞬态流速场，对流动空间结构的实验研究具有无可替代的作用。PIV技术的基本原理是：在流场中布撒示踪粒子，使用脉冲激光片光源照亮测试区域，通过连续两次或多次曝光，将流场中粒子的运动图像记录下来，采用光学杨氏条纹法、自相关法或互相关法处理图像，计算出流场中各点的流速矢量，进一步可以获得流速分布、流线及涡量场等运动特性。

PIV系统主要包含四个部分：示踪粒子、片光光源、图像记录系统和图像处理系统。其中片光光源的质量直接影响PIV的测量效果，甚至决定了测量能否进行。现有技术中，一般采用定向性良好的激光光源，通过透镜组生成具有一定辐射角的三角形片光或具有一定宽度的矩形片光，适用于规则边界条件下流场的PIV测量。然而工程实践中的很多问题具有不规则的三维动边界，例如桥墩、丁坝、海上作业平台等涉水工程的冲刷问题，此时，冲刷坑内的水流结构往往是研究的关键。由于地形的遮挡，上述常规片光光源无法进行PIV测量，这样就无法获取关键水流结构的瞬态流场形态，使相关研究受到限制。综上所述，为了使PIV技术得到更广泛有效的应用，急需研制一种新型的片光光源，实现三维动边界条件下流场的PIV测量，从而更好地揭示相关的水动力作用机理，为工程实践提供科学支撑。

发明内容

发明目的：本实用新型提供一种用于PIV实验的环状辐射片光发生装置，其目的在于实现三维边界条件下流场的PIV测量。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型提出的用于PIV实验的环状辐射片光发生装置，包括套筒，以及套筒内同轴线依次排列的激光器、凹透镜、凸透镜和圆台面反光镜，所述凹透镜的虚焦点和凸透镜相邻侧的焦点重合，所述圆台面反光镜由上部的分光圆柱和下部的圆台组成，所述分光圆柱顶面的具有吸光层，所述圆台侧面具有反光层，所述反光层周围的套筒壁上设有环形玻璃窗。

具体地，所述套筒内壁具有用于固定激光器的第一卡槽、用于固定凹透镜的第二卡槽、用于固定凸透镜的第三卡槽，以及用于固定圆台面反光镜的第四卡槽。

具体地，所述圆台的底面与母线夹角为45°。

具体地，所述分光圆柱直径为D₁，所述激光器发射的细平行激光柱的直径为D₂，凹透镜与凸透镜组合的放大倍数为D₃/D₂，圆台面反光镜辐射光平面的厚度为(D₃-D₁)/2。