CN208953559U - 一种基于piv靶盘标定多方向调节辅助盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于PIV靶盘标定多方向调节辅助盘；调节辅助盘包括水平盘、竖直盘，水平盘、竖直盘上均设置有靶盘孔洞，水平盘与竖直盘呈90度夹角连接，水平盘上连接有水平仪，水平盘左、右两侧边缘设置有位置相对的滑道通孔，滑道通孔内设置有可滑动的螺钉。本实用新型通过将水平盘与竖直盘呈90度夹角连接的设计，使得无论在进行水平标定或竖直标定，仅需将水平盘的固定状态调整妥当，即可使得与水平盘相垂直的竖直盘达到标准状态，从而使得固定在水平盘或竖直盘上的靶盘可以迅速达到PIV测定要求的状态，给PIV靶盘的标定工作带来极大的便利。

Description

一种基于PIV靶盘标定多方向调节辅助盘

技术领域

本实用新型涉及粒子测量领域，尤其涉及一种基于PIV靶盘标定多方向调节辅助盘。

背景技术

PIV测速技术(ParticleImageVelocimetry)相比于传统的测速技术，打破了很多的局限性，是一种非常有前景的无干扰区域性测速技术。在此，靶盘的标定是非常重要的一件事情，它是要通过CCD相机上的投影距离寻找和粒子位移实际距离的关系，算出一个像素点与实际位移的对应关系。三维粒子测速仪也是通过示踪粒子在流经靶盘区域内所走的路程Δl与其所用的时间Δt比值，根据算出其速度。X、Y、Z三个方向的分速度，以此类推。根据其速度场可以由软件自带公式处理出压力场、涡量场等数据。利用PIV在三维流场中测量流速时，需要首先通过靶盘来选择一个区域，利用CCD相机等设备来拍摄该区域。通过风洞或鼓风机等设备，作为推动流场包括示踪粒子运动的外力源，选用与流体比重相当且跟随性、光散射性良好的失踪粒子，在三维流场中进行流速分布。

当测量流体内部，或经过某一障碍物后面的流速时，往往需要借助激光器等设备来发出片光源，来照亮靶盘待测区域，要想使靶盘区域与CCD相机等设备拍摄的正方形区域快速重合以及片光源在靶盘上的精准停留实则是一件非常耗时的精细工作。而如何既省时又精准的把片光源留在待测区域则是问题的关键。

靶盘的标定过程中，CCD相机作为拍摄的仪器，实质是把空间上的待测区域坐标通过映射函数方程组解析导入相机和系统软件中。因此，标定的准度直接影响解析的精度。片光平行均匀的照亮靶盘并与相机光轴构成的平面垂直。标定过程中相机与靶盘之间的距离偏差也是误差之一。因此靶盘与片光源要严格共面实为这种技术的难点和关键。靶盘上的十字要严格控制在CCD相机摄像区域中心附近，在三维空间内标定靶盘时，靶盘的实际移动距离和通过CCD相机在电脑上呈现的画面移动距离两者相差甚远，此时标定，耗时原因多数是因为靶盘与通过CCD相机在电脑软件中所呈的拍摄区域有几毫米的边缘无法对齐，或者靶盘边缘倾斜与电脑显示拍摄窗口不重合。

现阶段的辅助仪器无法在PIV靶盘标定过程中同时调节靶盘在三维空间中上、下、左、右、前、后六个方向，并且无法测量CCD相机与靶盘之间的距离。

在实际拍摄中，不仅仅有CCD相机和靶盘的水平放置拍摄，也有靶盘和CCD相机的竖直方向拍摄。现在市场中很少有专门用于PIV实验中，安装靶盘的三脚支架，即使有也是价格昂贵，且只能解决XY平面的水平，无法解决歪斜等问题。多数情况下，使用的支架都是用普通单反相机的支架来代替。在改变标定方向时，需要拆卸三脚架转动轴来改变方向，既费时，又麻烦，多次反复安装拆卸会减少三脚架的使用寿命，给PIV靶盘标定操作带来了极大的不便。

发明内容

本实用新型目的是解决上述问题，设计一种结构简单、使用方便的于PIV靶盘标定多方向调节辅助盘。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种基于PIV靶盘标定多方向调节辅助盘，所述调节辅助盘包括水平盘、竖直盘，水平盘、竖直盘上均设置有靶盘孔洞，水平盘与竖直盘呈90度夹角连接，水平盘上连接有水平仪，水平盘左、右两侧边缘设置有位置相对的滑道通孔，滑道通孔内设置有可在滑道通孔内滑动的螺钉。

进一步的，所述水平盘包括第一上盖板、带凹槽的第一下底板，第一上盖板覆盖在第一下底板上端，第一下底板的凹槽内设置有第一卷尺；竖直盘包括第二上盖板、带凹槽的第二下底板，第二上盖板连接在第二下底板后端，第二下底板的凹槽内设置有第二卷尺。

进一步的，所述靶盘孔洞为4个且两两并排设置。

进一步的，所述第一卷尺有两个，两个第一卷尺分别与两两并排的靶盘孔洞共轴设置；所述第二卷尺有两个，两个第二卷尺分别与两两并排的靶盘孔洞共轴设置。

进一步的，所述水平仪至少有两个，其中，水平盘前端侧壁至少有一个，水平盘两侧侧壁至少有一个。

进一步的，所述水平盘和/或竖直盘外侧壁上可拆卸连接有重锤仪。

进一步的，所述重锤仪至少有两个。

进一步的，所述螺钉有4个，其中两个固定在滑道通孔一端且对称设置，另外两个设置在滑道通孔内且与滑道通孔滑动连接。

与现有技术相比，本实用新型具有的优点和积极效果是：

本实用新型通过将水平盘与竖直盘呈90度夹角连接的设计，使得无论在进行水平标定或竖直标定，仅需将水平盘的固定状态调整妥当，即可使得与水平盘相垂直的竖直盘达到标准状态，从而使得固定在水平盘或竖直盘上的靶盘可以迅速达到PIV测定要求的状态；并且水平盘侧壁设置有水平仪和可以在滑道通孔内滑动的螺钉的设计，螺钉与重锤仪的结合方便了检测水平盘的倾斜状态，使得操作人员可以迅速的将水平盘调整到标准状态，避免了因为水平盘倾斜导致固定在水平盘或竖直盘上的靶盘不符合PIV测定要求的状况发生，增大了本实用新型的实用性；另一方面，本实用新型操作简单、原理易懂、方便高效，成本低廉，同时适用于PIV测定中的靶盘水平标定和竖直标定，在实际的应用过程中能快速将靶盘所处的三维空间位置与CCD相机所拍摄区域与电脑中规定的窗口大小重合，避免了出现电脑窗口与CCD相机所拍摄区域出现倾斜的状况发生，并且可以通过第一卷尺或第二卷尺的设计可以帮助CCD相机快速找好与靶盘对应的空间位置；以及测量和记录CCD相机与靶盘之间的距离，方便了下次标定测量工作的迅速进行，给PIV靶盘的标定操作带来了极大的便利。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图一；

图2为本实用新型的结构示意图二；

图3为第一下底板的连接结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

如图1、图2和图3所示，一种基于PIV靶盘标定多方向调节辅助盘，所述调节辅助盘包括水平盘、竖直盘，水平盘上端设置有4个靶盘孔洞8、9、11、14；竖直盘上设置有4个靶盘孔洞20、21、24、26；靶盘孔洞均两两并排设置，水平盘与竖直盘呈90度夹角连接，水平盘侧壁上连接有水平仪3、17、23；竖直盘侧壁上连接有水平仪1、25、28；水平盘左、右两侧边缘设置有位置相对的滑道通孔4、32，滑道通孔内设置有可在滑道通孔内滑动的螺钉6、7、12、13；水平盘外侧壁上可拆卸连接有重锤仪5、22。

所述水平盘包括第一上盖板10、带凹槽的第一下底板15，第一上盖板10覆盖在第一下底板15上端，第一下底板15的凹槽内设置有第一卷尺30、31；第一卷尺通过位于第一下底板的卷尺通槽16、18从水平盘中水平拉出，竖直盘包括第二上盖板2、带凹槽的第二下底板19，第二上盖板2连接在第二下底板19后端，第二下底板19的凹槽内设置有第二卷尺，第二卷尺通过位于第二下底板的卷尺通槽27、29从竖直盘中竖直拉出；第一卷尺、第二卷尺均与靶盘孔洞共轴设置，例如第一卷尺30与靶盘孔洞8共轴、第一卷尺31与靶盘孔洞11共轴。

根据右手坐标系，取图一水平仪17为原点，右侧为X正方向，垂直纸面向里为Y方向，竖直向上为Z方向。在水平标定使用时，首先用支架将负X方向也就是水平仪17的左侧夹住，同时观测两个水平仪3、17，以保证XY平面是否水平，也就是靶盘前后左右是否倾倒不平，在保证水平仪3、17、23都平行的情况下，根据重力的方向竖直向下原理，将挂有重锤仪的螺钉6和螺钉12滑动到靶盘的两个边缘正下方，从Y轴方向上看，通过被重锤仪拉直的两条细线是否重合，可以判定靶盘是否在水平方向上歪斜。进而调节到合适的位置。

在竖直方向标定中，支架夹住水平仪17附近的位置，将靶盘通过靶盘孔洞20、21、24、26装在竖直盘的左侧，因为水平辅助盘和竖直辅助盘夹角是90度为同位角，所以只要水平辅助盘水平且从Y轴方向上看放在两个螺钉下的重锤线重合，靶盘位置就已经符合要求。

本实用新型通过将水平盘与竖直盘呈90度夹角连接的设计，使得无论在进行水平标定或竖直标定，仅需将水平盘的固定状态调整妥当，即可使得与水平盘相垂直的竖直盘达到标准状态，从而使得固定在水平盘或竖直盘上的靶盘可以迅速达到PIV测定要求的状态；并且水平盘侧壁设置有水平仪和可以在滑道通孔内滑动的螺钉的设计，使得操作人员可以迅速的将水平盘调整到标准状态，避免了因为水平盘倾斜导致固定在水平盘或竖直盘上的靶盘不符合PIV测定要求的状况发生，增大了本实用新型的实用性；另一方面，本实用新型操作简单、原理易懂、方便高效，成本低廉，同时适用于PIV测定中的靶盘水平标定和竖直标定，在实际的应用过程中能快速将靶盘所处的三维空间位置与CCD相机所拍摄区域与电脑中规定的窗口大小重合，避免了出现电脑窗口与CCD相机所拍摄区域出现倾斜的状况发生，并且可以通过第一卷尺或第二卷尺的设计可以帮助CCD相机快速找好与靶盘对应的空间位置；以及测量和记录CCD相机与靶盘之间的距离，方便了下次标定测量工作的迅速进行，给PIV靶盘的标定操作带来了极大的便利。

测试方法

利用该方法结合辅助盘在利用CCD相机对靶盘待测区域进行水平方向标定时操作步骤为：

首先，将靶盘固定在水平盘上的四个靶盘孔洞位置，根据右手坐标系，取图一水平仪17为原点，右侧为X正方向，垂直纸面向里为Y方向，竖直向上为Z方向。首先用支架将负X方向也就是水平仪17的左侧夹住。

然后，观测两个水平仪3、17是否水平，以保证三维坐标系中XY平面是否水平。此步骤是消除靶盘前后左右是否倾倒不平。

将盘中两条第一卷尺水平拉出，确定CCD相机的大致安放高度。根据以往实验经验所确定的相机与靶盘距离，通过卷尺刻度来大致安放位置。使用时因为相机与靶盘都需要放在支架上来调节高度，且两者之间一般有50-90CM的距离，所以将带有辅助盘的靶盘放在支架后，将两条第一卷尺拉出，可以形成一个平面，进而大致确定相机与靶盘在同一高度。

取下两侧重锤仪，分别用线悬挂放在两个螺钉下面，且滑动到靶盘的两个边缘正下方。从Y轴方向看，两条重锤线是否重合。此步骤是消除靶盘在XY平面水平放置后的前后歪斜问题。

最后，观察电脑中的待测区域画面是否将靶盘已经全部放入显示窗口，通过水平移动CCD相机进行微调。

当电脑中的待测区域画面已将靶盘已经全部放入显示窗口后，通过第一卷尺测量此时相机和靶盘的距离，随即完成标定。

在进行靶盘待测区域与CCD相机进行竖直方向放置标定时操作步骤为：

首先，将靶盘通过靶盘孔洞20、21、24、26装在竖直盘的背面(即竖直盘上方未被水平盘遮挡的一侧)，根据右手坐标系，取图一水平仪17为原点，右侧为X正方向，垂直纸面向里为Y方向，竖直向上为Z方向。首先用支架将水平仪17附近的位置夹住。

然后，观察两个水平仪3、17是否水平，以保证三维坐标系中XY平面是否水平。此步骤是消除靶盘前后左右是否倾倒不平。

将盘中两条第二卷尺从竖直盘中拉出，确定CCD相机在竖直方向的大致安放位置。根据以往实验经验所确定的CCD相机与靶盘距离，通过卷尺刻度来确定大致安放高度。

最后，取下两侧重锤仪，分别用线悬挂放在螺钉下面，螺钉滑动到滑道通孔两端或者固定在滑道通孔两端；从Y轴方向看两条重锤线是否重合。此步骤是消除靶盘在XY平面水平放置后的前后歪斜问题。

此时，观察电脑中的待测区域画面是否将靶盘已经全部放入显示窗口，通过水平和竖直移动CCD相机进行微调。

电脑中的待测区域画面已将靶盘已经全部放入显示窗口后，通过第二卷尺测量此时相机和靶盘的距离，随即完成标定。

Claims (8)

1.一种基于PIV靶盘标定多方向调节辅助盘，其特征在于：所述调节辅助盘包括水平盘、竖直盘，水平盘、竖直盘上均设置有靶盘孔洞，水平盘与竖直盘呈90度夹角连接，水平盘上连接有水平仪，水平盘左、右两侧边缘设置有位置相对的滑道通孔，滑道通孔内设置有可在滑道通孔内滑动的螺钉。

2.如权利要求1所述的基于PIV靶盘标定多方向调节辅助盘，其特征在于：所述水平盘包括第一上盖板、带凹槽的第一下底板，第一上盖板覆盖在第一下底板上端，第一下底板的凹槽内设置有第一卷尺；竖直盘包括第二上盖板、带凹槽的第二下底板，第二上盖板连接在第二下底板后端，第二下底板的凹槽内设置有第二卷尺。

3.如权利要求2所述的基于PIV靶盘标定多方向调节辅助盘，其特征在于：所述靶盘孔洞为4个且两两并排设置。

4.如权利要求3所述的基于PIV靶盘标定多方向调节辅助盘，其特征在于：所述第一卷尺有两个，两个第一卷尺分别与两两并排的靶盘孔洞共轴设置；所述第二卷尺有两个，两个第二卷尺分别与两两并排的靶盘孔洞共轴设置。

5.如权利要求4所述的基于PIV靶盘标定多方向调节辅助盘，其特征在于：所述水平仪至少有两个，其中，水平盘前端侧壁至少有一个，水平盘两侧侧壁至少有一个。

6.如权利要求1或2任一所述的基于PIV靶盘标定多方向调节辅助盘，其特征在于：所述水平盘和/或竖直盘外侧壁上可拆卸连接有重锤仪。

7.如权利要求6所述的基于PIV靶盘标定多方向调节辅助盘，其特征在于：所述重锤仪至少有两个。

8.如权利要求1所述的基于PIV靶盘标定多方向调节辅助盘，其特征在于：所述螺钉有4个，其中两个固定在滑道通孔一端且对称设置，另外两个设置在滑道通孔内且与滑道通孔滑动连接。