【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及流场测量，具体是一种基于分层算法的3d-piv测量装置及测量方法。
技术介绍
1、piv(粒子图像测速，particle image velocimetry)技术作为一种先进测量手段，具有非侵入性、高时空分辨、高灵敏度、适用场景多等优势，普遍应用于各种流场测量中。高速piv能够“冻结”流场，获取时间演变过程，并且能够进一步获得流场的涡量及应力分布等，为流动分析提供重要的测量依据。
2、传统的2d-piv技术仅能获得单个平面内的速度矢量，随着实验的复杂程度以及科学问题的深入研究，2d-piv技术已经不能满足科研及测量人员的需求，因此3d-piv更加受到流场测量领域的重视。3d-piv主要有层析piv(tomographic piv)技术、数字全息piv(digital holographic piv)技术以及spiv(spatial piv)技术等，但是这些技术都需要采用多个相机，同时需要复杂的标定过程才能实现3d-piv测量，不仅成本巨大，而且不同的应用场景均需要重新进行系统搭建，已经逐渐难以满足piv技术在工程技术中快速测量的需求。
3、因此，为实现低成本、易操作、高可靠的3d-piv测量，本专利技术基于图像分层算法提出一种3d-piv测量装置及测量方法。3d-piv主要实现方法是t时刻以及t+δt时刻获取示踪粒子在测量区域中的空间位置，并通过三维互相关算法实现空间三份量速度场的计算。粒子考虑到示踪粒子的散射光强近似与激光的能量成正比，因此可以近似的利用示踪粒子图像的强度信息来区分其所处的
技术实现思路
1、为解决
技术介绍
存在的不足，本专利技术提供一种基于分层算法的3d-piv测量装置及测量方法，它利用两个反射镜形成空间多截面、多级能量的片光分布，仅采用单个高速相机采集示踪粒子散射信号，有助于控制成本，标定简洁，适应性高。
2、为实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：
3、一种基于分层算法的3d-piv测量装置，包括激光器、扩束镜、准直镜、高速相机、两个反射镜以及两个聚焦镜，所述激光器输出激光，所述扩束镜和所述准直镜依次布置在激光器后方将激光整形为片光，所述两个反射镜正向相对布置在片光后方，两个反射镜中间位置为测量区域，两个反射镜的排布方向与片光入射方向之间留有夹角，使片光能够射入两个反射镜之间并多次反射形成多道能量逐次下降的片光，所述两个聚焦镜布置在两个反射镜之间并位于所述测量区域两侧，两个聚焦镜共焦，通过调整使片光聚焦在测量区域中心位置，所述高速相机与测量区域对应布置用于捕捉示踪粒子的散射图像。
4、一种基于分层算法的3d-piv测量方法，包括以下步骤：
5、步骤一：激光器输出激光并依次通过扩束镜和准直镜进行整形成为片光后引入到两个反射镜之间，片光在两个反射镜之间的反射路径不同形成多层反射截面；
6、步骤二：调整片光入射方向与两个反射镜排布方向之间的夹角，进而调节反射截面之间的间距，在两个反射镜之间形成符合测量需求的反射截面层数，并确保测量区域内反射截面均位于高速相机的景深范围内；
7、步骤三：在测量区域内均匀投放示踪粒子，获取测量区域内示踪粒子的散射图像；
8、步骤四：先利用挡板遮挡阻断两个反射镜之间的所有片光，之后移动挡板依次放出每道片光，利用高速相机依次获取散射图像，并标定每层反射截面的散射光强；
9、步骤五：根据两个反射镜的反射率和散射图像的标定结果，计算散射图像中每个示踪粒子所归属的反射截面，重构出示踪粒子的空间分布；
10、步骤六：重复操作获取第二帧示踪粒子的空间分布，最后利用三维互相关算法计算出空间速度场。
11、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术利用两个反射镜形成空间多截面、多级能量的片光分布，根据空间截面中的激光片光能量，计算截面处示踪粒子的相对散射强度，获取示踪粒子的三维空间分布，实现空间三分量的速度场测量，整体仅采用单个高速相机采集示踪粒子散射信号，解决传统三维粒子图像测量中相机数量多、成本大、标定复杂的问题，通过多截面反射方法，测量空间区域适应性高，可根据需求设置激光片光反射次数，实现宽范围的测量。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于分层算法的3D-PIV测量装置，其特征在于：包括激光器(1)、扩束镜(2)、准直镜(3)、高速相机(4)、两个反射镜(5)以及两个聚焦镜(6)，所述激光器(1)输出激光，所述扩束镜(2)和所述准直镜(3)依次布置在激光器(1)后方将激光整形为片光，所述两个反射镜(5)正向相对布置在片光后方，两个反射镜(5)中间位置为测量区域，两个反射镜(5)的排布方向与片光入射方向之间留有夹角，使片光能够射入两个反射镜(5)之间并多次反射形成多道能量逐次下降的片光，所述两个聚焦镜(6)布置在两个反射镜(5)之间并位于所述测量区域两侧，两个聚焦镜(6)共焦，通过调整使片光聚焦在测量区域中心位置，所述高速相机(4)与测量区域对应布置用于捕捉示踪粒子的散射图像。
2.根据权利要求1所述的一种基于分层算法的3D-PIV测量装置，其特征在于：所述激光器(1)采用双脉冲激光器或两台激光器合束而成，输出的激光波长为532nm或527nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于分层算法的3D-PIV测量装置，其特征在于：所述高速相机(4)采用16位深度相机。
4.根据
5.一种基于分层算法的3D-PIV测量方法，其特征在于：根据权利要求1所述的测量装置，其测量方法包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于分层算法的3d-piv测量装置，其特征在于：包括激光器(1)、扩束镜(2)、准直镜(3)、高速相机(4)、两个反射镜(5)以及两个聚焦镜(6)，所述激光器(1)输出激光，所述扩束镜(2)和所述准直镜(3)依次布置在激光器(1)后方将激光整形为片光，所述两个反射镜(5)正向相对布置在片光后方，两个反射镜(5)中间位置为测量区域，两个反射镜(5)的排布方向与片光入射方向之间留有夹角，使片光能够射入两个反射镜(5)之间并多次反射形成多道能量逐次下降的片光，所述两个聚焦镜(6)布置在两个反射镜(5)之间并位于所述测量区域两侧，两个聚焦镜(6)共焦，通过调整使片光聚焦在测量区域中心位置，所述高速相机(4...
【专利技术属性】
技术研发人员：于欣，曹振，刘文备，彭江波，杨超博，张善春，袁勋，韩明宏，亓金浩，戴晓辉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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