[发明专利]基于粒子图像测速的加速度测量装置

说明书

本发明涉及一种基于粒子图像测速的加速度测量装置，包括：至少两台CCD相机，通过限位装置使得两台CCD相机的镜面的中心点位于一条直线上；示踪粒子发生器，用于沿着所述CCD相机镜面法线垂直的方向上发射示踪粒子；四脉冲激光器，用于沿着垂直于所述粒子流向的方向上依次发射四个脉冲激光束，以照亮所述示踪粒子；控制装置，分别与所述CCD相机与所述四脉冲激光器连接，用于同步控制所述CCD相机和所述四脉冲激光器，使得CCD相机在双曝光模式下获取不同脉冲激光照射下的示踪粒子图像，并基于所述示踪粒子图像获取粒子的速度与加速度。由于采用了能够一次性发送四个高能量脉冲激光的四脉冲激光器，利用两台CCD相机获取至少4幅时间间隔很短的粒子图像，进而可以获取粒子加速度。

技术领域

本发明涉及激光测速技术领域中的粒子图像测速(Particle ImageVelocimetry，PIV)技术，特别涉及一种基于粒子图像测速的加速度测量装置。

背景技术

传统的PIV技术一般采用脉冲激光器配合曝光相机得到连续的2幅粒子图像，利用获取的两幅图像来计算得到粒子的速度，通过控制这个过程的重复频率，通常为5Hz-10Hz，来得到一系列数据，通过计算多个速度的平均值来获取最终的粒子速度计算值。也可以利用高频PIV技术，即，采用高频脉冲激光器配合高速相机在短时间内得到大量的时间间隔较短的粒子图像，进而利用获取的两幅图像来计算得到粒子的速度。

然而，上述的两种PIV技术都有各自的特点和局限性：第一种PIV技术，双脉冲激光器的单脉冲功率一般可以做得很大，比如350mJ-1J，对应地相机也可以选用分辨率很高的曝光CCD相机，可以测量面积很大的研究对象，但是频率和相机的传输速度受到限制，并且，1秒内只能得到5对或10对粒子图像，也就是5个或10个速度场，由于每两个速度场之间的时间间隔太长，达到0.1秒以上，导致两个相邻速度场之间不存在时间相关性，因此无法由速度场两两算出加速度场；第二种高频PIV技术，高频脉冲激光器的频率可高达1KHz，但单脉冲能量仅为20mJ，并且高速相机在较高帧频模型下工作，其分辨率受传输带宽的约束，无法实现高分辨率拍摄，导致系统无法获取较大面积的粒子图像，短时间内得到的大量数据提高了后期数据处理的难度。而且，即使在1KHz频率下测量，两个速度场之间的时间间隔也达到了1ms，对于高速流动而言，而无法满足求解加速度场对两两速度场之间的时间相关性的要求。

发明内容

基于此，有必要针对上述背景技术中的问题，提供一种能够测量粒子加速度的基于粒子图像测速的加速度测量装置。

本申请提供一种基于粒子图像测速的加速度测量装置，包括：

至少两台电荷藕合器件图像传感器(Charge Coupled Device，CCD)相机，所述两台CCD相机的镜面的法线重合，用于获取示踪粒子的图像，所述两台CCD相机包括第一CCD相机和第二CCD相机；

限位装置，用于限定所述第一CCD相机和所述第二CCD相机位于一条直线上，且所述第一CCD相机和所述第二CCD相机的镜面的法线重合；

示踪粒子发生器，用于沿着所述CCD相机镜面法线垂直的方向上发射示踪粒子；

四脉冲激光器，用于沿着垂直于所述粒子流向的方向上依次发射四个脉冲激光束，以照亮所述示踪粒子；

控制装置，分别与所述CCD相机与所述四脉冲激光器连接，用于同步控制所述CCD相机和所述四脉冲激光器，使得CCD相机获取不同脉冲激光照射下的示踪粒子图像，并基于所述示踪粒子图像获取粒子的速度与加速度。