CN111089986A - 一种基于光纤传像束的粒子图像测速装置 - Google Patents

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滕云鹏
郝培育
唐刚锋
李成杰
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    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/26—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting optical wave
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/04—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres
    • G02B6/06—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres the relative position of the fibres being the same at both ends, e.g. for transporting images

Abstract

本发明涉及一种基于光纤传像束的粒子图像测速装置，双脉冲激光器发出的光束经过片光整形系统整形成片状光束，照射到流体中的示踪粒子上，示踪粒子的散射光被成像透镜组收集，形成粒子图像并从光纤传像束一端传递到另一端，再经传像透镜组成像在CCD相机中，经过计算机软件处理后得出示踪粒子及流体运行速度，同步控制器对双脉冲激光器与CCD相机进行同步控制。本发明在传统的粒子图像测速(PIV)装置中设置光纤传像束以及传像透镜组，解决了传统的粒子图像测速装置受限于采集图像所用的相机限制，而难以应用于复杂空间构型内部或极端环境下(强电磁干扰、高温、有腐蚀等)流体速度测量的问题；扩展了粒子图像测速装置的应用领域。

Description

一种基于光纤传像束的粒子图像测速装置
技术领域
本发明属于光纤传像及粒子图像测速PIV技术领域，涉及一种基于光纤传像束的粒子图像测速装置。
背景技术
光纤传像束是将多根一定长度和一定直径的光导纤维有规则地排列起来，光纤两端按一一对应的关系紧密排列集合成束，使每根光导纤维的输入和输出端在几何上一一对应,每一根光导纤维传递一个像元，从而起到传像作用。光纤传像束是一种可任意弯曲的传输图像的无源器件，与传统的光学成像器件相比，具有自由度大、重量轻、易实现复杂空间构型内的图像传递，能在强电磁干扰、高温、有腐蚀的环境下工作等诸多优点，已应用于医学、工业、科研及军事等领域。
传统的粒子图像测速PIV装置例如：已发布的专利《粒子图像测速装置和粒子图像测试系统》授权公告号CN207148142U等受限于采集图像所用的相机限制，而难以应用于复杂空间构型内部或极端环境下强电磁干扰、高温、有腐蚀等的流体速度测量。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于光纤传像束的粒子图像测速装置，用于解决传统粒子图像测速装置难以对复杂空间构型内部或极端环境中流体的速度测量问题，扩展粒子图像测速装置的应用领域。
技术方案
一种基于光纤传像束的粒子图像测速装置，包括双脉冲激光器1、片光整形系统2、示踪粒子发生器4、成像透镜组5、CCD相机8、同步控制器9和计算机10；其特征在于还包括光纤传像束6和传像透镜组7；在成像透镜组5与CCD相机8之间依光路设有光纤传像束6和传像透镜组7；所述光纤传像束6的一个端面设置在成像透镜组5的像方焦平面处，光纤传像束6的另一个端面设置在传像透镜组7的物方焦平面处，实现三者的光学匹配。
所述传像透镜组7采用两个双面凸透镜组成。
所述成像透镜组5可收集示踪粒子发生器4产生并投入到待测流体3中的示踪粒子散射光，并在光纤传像束6的一个端面形成粒子图像；所述光纤传像束6可将粒子图像从光纤传像束6的一个端面传输到另一个端面；所述传像透镜组7可将光纤传像束6输出的粒子图像传递到CCD相机8中。
有益效果
本发明提出的一种基于光纤传像束的粒子图像测速装置，包括：双脉冲激光器、片光整形系统、示踪粒子发生器、成像透镜组、光纤传像束、传像透镜组、CCD相机、同步控制器、计算机。双脉冲激光器发出的光束经过片光整形系统整形成片状光束，照射到流体中的示踪粒子上，示踪粒子的散射光被成像透镜组收集，形成粒子图像并从光纤传像束一端传递到另一端，再经传像透镜组成像在CCD相机中，经过计算机软件处理后得出示踪粒子及流体运行速度，同步控制器对双脉冲激光器与CCD相机进行同步控制。本发明在传统的粒子图像测速PIV装置中设置光纤传像束以及传像透镜组，实现待测流体的粒子图像测速。
本发明的有益效果是：本发明测量装置中设置了成像透镜组5、光纤传像束6和传像透镜组7，实现粒子图像测速，可用于复杂空间构型内部或极端环境中流体的速度测量，具有测量精度高、调整方便灵活、抗强电磁干扰、测量对象范围广等优点；解决了传统的粒子图像测速装置受限于采集图像所用的相机限制，而难以应用于复杂空间构型内部或极端环境下强电磁干扰、高温、有腐蚀等流体速度测量的问题；扩展了粒子图像测速装置的应用领域。
附图说明
图1是本发明一种实施例的示意图。
其中，1-双脉冲激光器，2-片光整形系统，3-待测流体，4-示踪粒子发生器，5-成像透镜组，6-光纤传像束，7-传像透镜组，8-CCD相机，9-同步控制器，10-计算机。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
如图1所示，本发明的基于光纤传像束的粒子图像测速装置，该装置包括双脉冲激光器1、片光整形系统2、示踪粒子发生器4、成像透镜组5、光纤传像束6、传像透镜组7、CCD相机8、同步控制器9、计算机10。成像透镜组5可收集示踪粒子发生器4产生并投入到待测流体3中的示踪粒子散射光，并可在光纤传像束6的一个端面形成粒子图像；光纤传像束6可将粒子图像从光纤传像束6的一个端面传输到另一个端面；传像透镜组7可将光纤传像束6输出的粒子图像传递到CCD相机8中；光纤传像束6的一个端面设置在成像透镜组5的像方焦平面处，光纤传像束6的另一个端面设置在传像透镜组7的物方焦平面处，实现三者的光学匹配。
本发明基于光纤传像束的粒子图像测速装置的工作过程如下：
示踪粒子发生器4产生示踪粒子并投入到待测流体3中，双脉冲激光器1发出的光束经过片光整形系统2整形成片状光束，照射到待测流体3中的示踪粒子上，示踪粒子的散射光被成像透镜组5收集，形成粒子图像并从光纤传像束6的一端传递到另一端，再经传像透镜组7成像在CCD相机8中，经过计算机10软件处理后得出示踪粒子及流体运行速度，同步控制器9对双脉冲激光器1与CCD相机8进行同步控制。
粒子图像测速时：在传统的粒子图像测速装置中设置光纤传像束6以及传像透镜组7，实现待测流体3的粒子图像测速。CCD相机8和待测流体3之间设置成像透镜组5、光纤传像束6以及传像透镜组7；成像透镜组5收集示踪粒子发生器4产生并投入到待测流体3中的示踪粒子散射光，并在光纤传像束6的一个端面形成粒子图像，经光纤传像束6传递到另一个端面，并经传像透镜组7传递到CCD相机8中，实现待测流体3的粒子图像测速。
本发明测量装置中设置了成像透镜组5、光纤传像束6和传像透镜组7，实现粒子图像测速，可用于复杂空间构型内部或极端环境中流体的速度测量，具有测量精度高、调整方便灵活、抗强电磁干扰、测量对象范围广等优点，扩展了粒子图像测速装置的应用领域。

Claims (2)

1.一种基于光纤传像束的粒子图像测速装置，包括双脉冲激光器(1)、片光整形系统(2)、示踪粒子发生器(4)、成像透镜组(5)、CCD相机(8)、同步控制器(9)和计算机(10)；其特征在于还包括光纤传像束(6)和传像透镜组(7)；在成像透镜组(5)与CCD相机(8)之间依光路设有光纤传像束(6)和传像透镜组(7)；所述光纤传像束(6)的一个端面设置在成像透镜组(5)的像方焦平面处，光纤传像束(6)的另一个端面设置在传像透镜组(7)的物方焦平面处，实现三者的光学匹配。
2.根据权利要求1所述基于光纤传像束的粒子图像测速装置，其特征在于：所述传像透镜组(7)采用两个双面凸透镜组成。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication
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