CN216247111U - 一种三维气体流场测速配套平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于流场测试方案与配套实验平台技术领域，尤其涉及一种三维气体流场测速配套平台，包括相机支架，相机支架内侧底部放置有套筒支架，套筒支架上方放置有玻璃套筒，相机支架的一外侧设置有与玻璃套筒侧壁对应的激光照射组件，相机支架的内侧顶部连接有第一拍照组件，第一拍照组件的拍照方向与玻璃套筒的轴线上方对应设置，相机支架的另一外侧设置有第二拍照组件，第二拍照组件的拍照方向与玻璃套筒的出口方向对应设置，相机支架的外侧包裹有黑布，黑布对应设置在玻璃套筒进出口的外侧，玻璃套筒进口连通上游流场并添加有示踪粒子。本实用新型成本低，耗时短，可重复使用，满足大部分测试需求。

Description

一种三维气体流场测速配套平台

技术领域

本实用新型属于流场测试方案与配套实验平台技术领域，尤其涉及一种三维气体流场测速配套平台。

背景技术

流场测试广泛应用于工业、实验室等研究中，通过有效手段得到流场的速度分布。粒子图像测速方法(Particle Image Velocimetry，PIV)是一种典型的流场测试技术，是一种融合计算机图像处理技术与光学原理的无接触测试手段，该技术可精确测量二维和三维流场整个平面的的速度分布，近年来逐渐发展并得到工业界、湍流研究、燃烧研究等的广泛认可。

PIV测试技术是一种非常有效的流场测试方法，所配套的基本仪器为：粒子发生器、激光器、高速摄像机、电子计算机、同步器等。由于涉及到光学测试方法，该技术所配套的基本设备较为昂贵和精密，动辄上百万，需要精心使用、防护和保养，使用成本和维护成本太高，不能根据测试环境灵活应用。

在实际应用中，设备可能会在不同场景使用，被测流场各有不同，所使用场景有好有坏，使用环境复杂。尤其是一些高校、院所或设备租赁公司可能会在多场景使用设备。除核心设备外，配套测试平台应当在满足基本测试需求的基础上尽量简易、低成本、便于搭建，因此，亟需一种三维气体流场测速配套平台。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种三维气体流场测速配套平台，以解决上述问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：一种三维气体流场测速配套平台，包括相机支架，所述相机支架内侧底部放置有套筒支架，所述套筒支架上方放置有玻璃套筒，所述相机支架的一外侧设置有与所述玻璃套筒侧壁对应的激光照射组件，所述激光照射组件的入射方向与所述玻璃套筒轴线垂直，所述相机支架的内侧顶部连接有第一拍照组件，所述第一拍照组件的拍照方向与所述玻璃套筒的轴线上方对应设置，所述相机支架的另一外侧设置有第二拍照组件，所述第二拍照组件的拍照方向与所述玻璃套筒的出口方向对应设置，所述相机支架的外侧包裹有黑布，所述黑布对应设置在所述玻璃套筒进出口的外侧，所述玻璃套筒进口连通有示踪粒子；

所述第一拍照组件包括调节单元，所述调节单元轴向滑动连接在所述相机支架的顶部，所述调节单元的底部连接有第一高速相机，所述第一高速相机的拍照方向与所述玻璃套筒的轴线上方对应设置。

优选的，所述激光照射组件包括设置在所述相机支架外侧的所述激光器支撑台，所述激光器支撑台与所述相机支架之间设置有距离，所述激光器支撑台顶面滑动连接有与所述玻璃套筒轴线等高的激光器，所述激光器的滑动方向与所述玻璃套筒的轴向相同，所述激光器的激光穿过所述黑布，所述激光器入射方向与所述玻璃套筒轴线垂直。

优选的，所述调节单元包括滑动连接在所述相机支架顶部的支架横梁，所述支架横梁与所述玻璃套筒的轴线垂直，所述相机支架之间转动连接有丝杠，所述丝杠穿过所述支架横梁，所述丝杠与所述支架横梁螺纹连接，所述相机支架的外侧顶部固定连接有伺服电机，所述丝杠的一端与所述伺服电机轴接，所述支架横梁的中端连接有竖向调节单元。

优选的，所述竖向调节单元包括竖直固定连接在所述支架横梁中端下方的第二滑轨，所述第二滑轨的一侧滑动连接有第二直线电机，所述第二直线电机远离所述第二滑轨的一侧固定连接有第一高速相机，所述第一高速相机的拍照方向与所述玻璃套筒的轴线上方对应设置。

优选的，所述第二拍照组件包括设置在所述相机支架外侧的相机支撑台，所述相机支撑台与所述相机支架之间设置有距离，所述相机支撑台上固定连接有第二高速相机，所述第二高速相机的外侧设置有玻璃防护罩。

优选的，所述激光器支撑台的顶面设置有第一滑轨，所述第一滑轨上滑动连接有第一直线电机，所述第一直线电机的上方固定连接有所述激光器，所述第一滑轨朝向与所述玻璃套筒的轴向相同。

优选的，所述玻璃套筒的入口端固定连接有法兰，所述玻璃套筒通过所述法兰连通有粒子发生设备。

优选的，所述第一直线电机为SATA平板式直线电机。

优选的，所述第二直线电机为SATA平板式直线电机。

本实用新型具有如下技术效果：上游流场的示踪粒子从玻璃套筒的进口端进入，激光照射组件从玻璃套筒的侧面照射，第一拍照组件和第二拍照组件分别对不同入射方向的激光进行拍照记录，第一拍照组件用来测试玻璃套筒内流场周向速度，第二拍照组件用来测试玻璃套筒内流场切向速度，通过调节单元可以调整第一高速相机相对于流场的上下游位置；黑布的主要作用是营造暗室效果，黑布在不遮挡流场出入口的前提下覆盖整个相机支架，还可在套筒支架与玻璃套筒之间铺设黑布，营造暗底效果，既不影响激光入射，也不影响第一拍照组件和第二拍照组件对流场的测试。

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为本实用新型配套平台与水平片光示意图；

图2为本实用新型配套平台与竖向片光示意图；

图3为本实用新型配套平台内部结构示意图；

其中，1、玻璃套筒；2、第一高速相机；3、激光器；4、套筒支架；5、海绵垫；6、水平片光；7、激光器支撑台；8、第一滑轨；9、相机支架；10、连接角件；11、支架横梁；12、第二滑轨；13、黑布；14、相机支撑台；15、玻璃防护罩；16、竖向片光；17、第一直线电机；18、第二直线电机；19、丝杠；20、伺服电机；21、法兰。

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，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

参照图1-3所示，本实用新型提供了一种三维气体流场测速配套平台，包括相机支架9，相机支架9内侧底部放置有套筒支架4，套筒支架4上方放置有玻璃套筒1，相机支架9的一外侧设置有与玻璃套筒1侧壁对应的激光照射组件，激光照射组件的入射方向与玻璃套筒1轴线垂直，相机支架9的内侧顶部连接有第一拍照组件，第一拍照组件的拍照方向与玻璃套筒1的轴线上方对应设置，相机支架9的另一外侧设置有第二拍照组件，第二拍照组件的拍照方向与玻璃套筒1的出口方向对应设置，相机支架9的外侧包裹有黑布13，黑布13对应设置在玻璃套筒1进出口的外侧，玻璃套筒1进口连通有示踪粒子；

第一拍照组件包括调节单元，调节单元轴向滑动连接在相机支架9的顶部，调节单元的底部连接有第一高速相机2，第一高速相机2的拍照方向与玻璃套筒1的轴线上方对应设置。

上游流场的示踪粒子从玻璃套筒1的进口端进入，激光照射组件从玻璃套筒1的侧面照射，第一拍照组件和第二拍照组件分别对不同入射方向的激光进行拍照记录，第一拍照组件用来测试玻璃套筒1内流场周向速度，第二拍照组件用来测试玻璃套筒1内流场切向速度，通过调节单元可以调整第一高速相机2相对于流场的上下游位置；黑布13的主要作用是营造暗室效果，黑布13在不遮挡流场出入口的前提下覆盖整个相机支架9，还可在套筒支架4与玻璃套筒1之间铺设黑布13，营造暗底效果，既不影响激光入射，也不影响第一拍照组件和第二拍照组件对流场的测试。

进一步优化方案，激光照射组件包括设置在相机支架9外侧的激光器支撑台7，激光器支撑台7与相机支架9之间设置有距离，激光器支撑台7顶面滑动连接有与玻璃套筒1轴线等高的激光器3，激光器3的滑动方向与玻璃套筒1的轴向相同，激光器3的激光穿过黑布13，激光器3入射方向与玻璃套筒1轴线垂直。

激光器3中可以发出水平片光6或竖向片光16，当发出水平片光6时，通过第一拍照组件进行拍照测试流场轴向速度，当发出竖向片光16，通过第二拍照组件进行拍照测试流场切向速度。

进一步优化方案，调节单元包括滑动连接在相机支架9顶部的支架横梁11，支架横梁11与玻璃套筒1的轴线垂直，相机支架9之间转动连接有丝杠19，丝杠19穿过支架横梁11，丝杠19与支架横梁11螺纹连接，相机支架9的外侧顶部固定连接有伺服电机20，丝杠19的一端与伺服电机20轴接，支架横梁11的中端连接有竖向调节单元。

需要调节第一高速相机2的轴向位置时，即相对流场的上下游位置，启动伺服电机20，带动丝杠19转动，从而带动支架横梁11做轴向滑动移动，在滑动运动过程中保持第一高速相机2在水平片光6的照射范围内，并且正对测试区域。

进一步优化方案，竖向调节单元包括竖直固定连接在支架横梁11中端下方的第二滑轨12，第二滑轨12的一侧滑动连接有第二直线电机18，第二直线电机18远离第二滑轨12的一侧固定连接有第一高速相机2，第一高速相机2的拍照方向与玻璃套筒1的轴线上方对应设置。

需要调节第一高速相机2径向距离时，即调节第一高速相机2的高度，第二直线电机18结合伺服电机20，方便第一高速相机2在测试区域内灵活调整，得到更多的测试数据。

进一步优化方案，第二拍照组件包括设置在相机支架9外侧的相机支撑台14，相机支撑台14与相机支架9之间设置有距离，相机支撑台14上固定连接有第二高速相机(图中未显示)，第二高速相机的外侧设置有玻璃防护罩15。

当激光器3发出竖向片光16，通过第二高速相机拍照测试流场切向速度，玻璃防护罩15的主要作用是保护第二高速相机免受示踪粒子的损害。

进一步优化方案，激光器支撑台7的顶面设置有第一滑轨8，第一滑轨8上滑动连接有第一直线电机17，第一直线电机17的上方固定连接有激光器3，第一滑轨8朝向与玻璃套筒1的轴向相同。

通过启动第一直线电机17，使激光器3沿玻璃套筒1轴向移动，调整激光器3照射区域在流场上游至下游之间的位置，获取全面的测试数据。

进一步优化方案，套筒支架4与玻璃套筒1之间放置有海绵垫5。在安装玻璃套筒1过程中，调整套筒支架4时，可以减少套筒支架4对玻璃套筒1产生损伤。

进一步优化方案，第一直线电机17与第二直线电机18型号分别为SATA平板式直线电机。

进一步优化方案，相机支架9底部的直角处固定连接有若干连接角件10。加强相机支架9的结构强度。

进一步优化方案，玻璃套筒1的入口端固定连接有法兰21，玻璃套筒1通过法兰21连通有粒子发生设备。

进一步优化方案，玻璃套筒1采用有机玻璃。

本实施例的工作过程如下：当激光器3发出水平片光6，通过启动第一直线电机17，移动激光器3并确认测试区域，然后通过启动第二直线电机18和伺服电机20，调整第一高速相机2的高度，调整第一高速相机2在测试区域内的对应测试位置，测试流场轴向速度；当激光器3发出竖向片光16，通过启动第一直线电机17，移动激光器3并确认测试区域，测试流场切向速度；在测试过程中，通过黑布13，营造暗室效果，黑布13在不遮挡流场出入口的前提下覆盖整个相机支架9，还可在套筒支架4与玻璃套筒1之间铺设黑布13，营造暗底效果，既不影响激光入射，也不影响第一高速相机2和第二高速相机对流场的测试过程。

本实用新型在PIV设备的基础上，利用相机支架9，采用型材、连接件、黑布13、滑轨等常见廉价的材料，搭建测试平台，满足PIV设备的测试需求。成本低，耗时短，可重复使用，不用购买成套的配套设备，如暗室、机械臂等。本测试配套平台可满足大部分测试需求。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种三维气体流场测速配套平台，其特征在于：包括相机支架(9)，所述相机支架(9)内侧底部放置有套筒支架(4)，所述套筒支架(4)上方放置有玻璃套筒(1)，所述相机支架(9)的一外侧设置有与所述玻璃套筒(1)侧壁对应的激光照射组件，所述激光照射组件的入射方向与所述玻璃套筒(1)轴线垂直，所述相机支架(9)的内侧顶部连接有第一拍照组件，所述第一拍照组件的拍照方向与所述玻璃套筒(1)的轴线上方对应设置，所述相机支架(9)的另一外侧设置有第二拍照组件，所述第二拍照组件的拍照方向与所述玻璃套筒(1)的出口方向对应设置，所述相机支架(9)的外侧包裹有黑布(13)，所述黑布(13)对应设置在所述玻璃套筒(1)进出口的外侧，所述玻璃套筒(1)进口连通有示踪粒子；

所述第一拍照组件包括调节单元，所述调节单元轴向滑动连接在所述相机支架(9)的顶部，所述调节单元的底部连接有第一高速相机(2)，所述第一高速相机(2)的拍照方向与所述玻璃套筒(1)的轴线上方对应设置。

2.根据权利要求1所述的三维气体流场测速配套平台，其特征在于：所述激光照射组件包括设置在所述相机支架(9)外侧的激光器支撑台(7)，所述激光器支撑台(7)与所述相机支架(9)之间设置有距离，所述激光器支撑台(7)顶面滑动连接有与所述玻璃套筒(1)轴线等高的激光器(3)，所述激光器(3)的滑动方向与所述玻璃套筒(1)的轴向相同，所述激光器(3)的激光穿过所述黑布(13)，所述激光器(3)入射方向与所述玻璃套筒(1)轴线垂直。

3.根据权利要求1所述的三维气体流场测速配套平台，其特征在于：所述调节单元包括滑动连接在所述相机支架(9)顶部的支架横梁(11)，所述支架横梁(11)与所述玻璃套筒(1)的轴线垂直，所述相机支架(9)之间转动连接有丝杠(19)，所述丝杠(19)穿过所述支架横梁(11)，所述丝杠(19)与所述支架横梁(11)螺纹连接，所述相机支架(9)的外侧顶部固定连接有伺服电机(20)，所述丝杠(19)的一端与所述伺服电机(20)轴接，所述支架横梁(11)的中端连接有竖向调节单元。

4.根据权利要求3所述的三维气体流场测速配套平台，其特征在于：所述竖向调节单元包括竖直固定连接在所述支架横梁(11)中端下方的第二滑轨(12)，所述第二滑轨(12)的一侧滑动连接有第二直线电机(18)，所述第二直线电机(18)远离所述第二滑轨(12)的一侧固定连接有第一高速相机(2)，所述第一高速相机(2)的拍照方向与所述玻璃套筒(1)的轴线上方对应设置。

5.根据权利要求4所述的三维气体流场测速配套平台，其特征在于：所述第二拍照组件包括设置在所述相机支架(9)外侧的相机支撑台(14)，所述相机支撑台(14)与所述相机支架(9)之间设置有距离，所述相机支撑台(14)上固定连接有第二高速相机，所述第二高速相机的外侧设置有玻璃防护罩(15)。

6.根据权利要求2所述的三维气体流场测速配套平台，其特征在于：所述激光器支撑台(7)的顶面设置有第一滑轨(8)，所述第一滑轨(8)上滑动连接有第一直线电机(17)，所述第一直线电机(17) 的上方固定连接有所述激光器(3)，所述第一滑轨(8)朝向与所述玻璃套筒(1)的轴向相同。

7.根据权利要求1所述的三维气体流场测速配套平台，其特征在于：所述玻璃套筒(1)的入口端固定连接有法兰(21)，所述玻璃套筒(1)通过所述法兰(21)连通有粒子发生设备。

8.根据权利要求6所述的三维气体流场测速配套平台，其特征在于：所述第一直线电机(17)为SATA平板式直线电机。

9.根据权利要求4所述的三维气体流场测速配套平台，其特征在于：所述第二直线电机(18)为SATA平板式直线电机。

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