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粒子圖像測(cè)速儀PIV
粒子圖像測(cè)速技術(shù)（PIV） ( Particle Image Velocimetry）是流動(dòng)顯示技術(shù)的定量化延伸，是二十世紀(jì)末流體力學(xué)測(cè)量?jī)x器和實(shí)驗(yàn)方法的重大發(fā)展，由于可以得到瞬時(shí)全場(chǎng)的速度信息， 相比以往單點(diǎn)的流速測(cè)量技術(shù)，PIV可以獲得瞬時(shí)流動(dòng)結(jié)構(gòu)的真實(shí)信息，在流動(dòng)結(jié)構(gòu)的研究方面是其他手段無(wú)法相比的。
系統(tǒng)組成與整體性能
一套完整的PIV系統(tǒng)包括光源系統(tǒng)（雙腔脈沖激光器，導(dǎo)光臂和片光源透鏡組），圖像采集系統(tǒng)（高分辯率跨幀CCD相機(jī)，64位高速圖像數(shù)據(jù)采集板），控制協(xié)調(diào)系統(tǒng)（同步器），以及PIV圖像數(shù)據(jù)處理和流場(chǎng)顯示系統(tǒng)（Insight軟件包及其外部接口）。
系統(tǒng)組成與整體性能
一套完整的PIV系統(tǒng)包括光源系統(tǒng)（雙腔脈沖激光器，導(dǎo)光臂和片光源透鏡組），圖像采集系統(tǒng)（高分辯率跨幀CCD相機(jī)，64位高速圖像數(shù)據(jù)采集板），控制協(xié)調(diào)系統(tǒng)（同步器），以及PIV圖像數(shù)據(jù)處理和流場(chǎng)顯示系統(tǒng)（Insight軟件包及其外部接口）。
工作模式 | 支持 CCD 工作方式(互相關(guān)、自相關(guān)) 提供支持膠片工作接口(自相關(guān)模式) |
速度范圍 | zui大可測(cè)速度不小于200m/s |
測(cè)量區(qū)域 | 不小于600mm*400mm |
空間分辨率 | 小于1mm*1mm（由鏡頭視場(chǎng)確定） |
速度測(cè)量維數(shù) | 3維 |
各主要部件性能參數(shù)
I 脈沖激光器 | 1 套 YAG200-NWL_532/266 | |
PIV系統(tǒng)中激光器作為照明光源，采用美國(guó)NewWave公司的脈沖頻率15Hz，能量200毫焦/脈沖大功率Nd:YAG激光器。激光器主要參數(shù)如下： | ||
激光器型號(hào) | YAG200-NWL_532/266 | |
名稱 | 美國(guó)NewWave公司產(chǎn)雙釹:釔鋁石榴石激光器 | |
激光功率 | 200 mJ/Pulse@532nm；30mJ/Pulse@266nm | |
激光器脈沖頻率 | 15Hz | |
脈沖持續(xù)時(shí)間 | 3—5 ns | |
光束直徑 | 6 mm | |
發(fā)散角 | 小于4 mrad | |
工作方式 | 自觸發(fā)、外部觸發(fā)，受同步器控制 | |
輸入電源要求 | 單相輸入 220V±10% , zui大電流20A，50/60 Hz | |
備注 | 激光器（含電源）由生產(chǎn)廠商保修一年 | |
II 光臂及片光源透鏡組 | 1 套 TSI 610021 610015 |
光臂的作用是為了靈活調(diào)節(jié)片光源的位置，滿足測(cè)量不同截面時(shí)片光源的靈活調(diào)整。 片光源透鏡用于形成PIV系統(tǒng)的照明光路系統(tǒng)。工作原理是，脈沖激光器產(chǎn)生的激光脈沖光束首先經(jīng)過(guò)一個(gè)凹柱面鏡，形成一個(gè)一定角度的扇形光片，光片的厚度約等于激光光束的直徑，約4mm，這個(gè)厚度對(duì)PIV測(cè)量來(lái)說(shuō)太厚，因此，需要額外的一個(gè)球面鏡將光片收縮到0.5~1mm厚度的片光。為了適應(yīng)不同大小和測(cè)量距離的情況的需要，該套鏡頭組中采用了兩個(gè)鏡頭組，分別為兩個(gè)不同的凹柱面鏡和兩個(gè)不同的球面鏡。 主要參數(shù)如下： | |
型號(hào) | 610015 610021 |
名稱 | 光臂及片光源透鏡組 |
zui大輸入功率 | 500mJ/Pulse |
組件 | 多關(guān)節(jié)光臂一套（每關(guān)節(jié)均可360度旋轉(zhuǎn)，全 展開可達(dá)1.8米長(zhǎng)） 鏡頭基座一套 球面鏡2個(gè)：焦距500mm，1000mm 柱面鏡2個(gè)：焦距-25mm，-15mm 柱面鏡到球面鏡連接適配器一套 |
III PIVCCD | 兩套 TSI 630062 & 630062-ST |
TSI的PIV系統(tǒng)的CCD為專門設(shè)計(jì)的，以便于用于PIV系統(tǒng)的測(cè)量。它在工作時(shí)序上不同 于普通的攝像頭結(jié)構(gòu)。主要參數(shù)如下： | |
型號(hào) | 630062 630062-ST |
名稱 | PowerView Plus 11MP 自相關(guān)/互相關(guān)CCD 相機(jī) |
分辨率 | 4K X 2.6K |
禎頻率 | 4.8禎/秒 |
鏡頭接口方式 | 標(biāo)準(zhǔn)Nikkon（F Mount） |
控制方式 | Free Run/Triggered Exposure/Triggered Double Exposure |
| 12位灰度圖象數(shù)據(jù) |
zui小跨禎時(shí)間 | 200ns |
輸出 | 12位數(shù)字化輸出，輸出信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)LVDS |
| CCD包含CCD陣列激光保護(hù)罩 |
| 備注： 包含配套的高速接口板及所有電纜 1． 630062 CCD配套接口板一塊 2． 支持LVDS數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn) 3． 全數(shù)字化數(shù)據(jù)傳輸 |
IV 同步器 | 1 套 TSI LaserPulse 610035 | |
同步器是TSI的PIV系統(tǒng)的時(shí)序控制機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)的所有其他部件的工作指令均由同步器控制，它負(fù)責(zé)按照程序設(shè)定各個(gè)部件。 | ||
型號(hào) | 610035 | |
名稱 | 同步器 | |
工作方式 | 受計(jì)算機(jī)控制； | |
同計(jì)算機(jī)連接方式 | RS232； | |
時(shí)間分辯率 | 1ns | |
輸出信號(hào) | TTL 電平； 一對(duì) FlashLamp 和 Q-swithch 信號(hào)； 外觸發(fā)信號(hào)輸出以控制其它外部設(shè)備； 鎖相環(huán)信號(hào)輸入； | |
輸入功率 | 240VAC，2A | |
附件 | 有關(guān)電纜一套； 安裝及使用說(shuō)明書一套； | |
有別于通常采用插入計(jì)算機(jī)的同步卡或時(shí)序卡，TSI的PIV系統(tǒng)是采用立同步器 ，該系統(tǒng)控制的時(shí)間分辨率與計(jì)算機(jī)性能無(wú)關(guān)，控制信號(hào)的時(shí)間準(zhǔn)確性和任何其它外部設(shè)備也無(wú)關(guān)。它負(fù)責(zé)精確的接收外部觸發(fā)信號(hào)以協(xié)調(diào)各部件的工作時(shí)序，這一點(diǎn)在常規(guī)PIV系統(tǒng)的條件采樣過(guò)程中極為重要，對(duì)于某些特殊應(yīng)用，如旋轉(zhuǎn)機(jī)械流場(chǎng)的測(cè)量問(wèn)題，這種測(cè)量需要的同步精度要求*，一般采用時(shí)序卡的系統(tǒng)根本無(wú)法完成如此精度的觸發(fā)測(cè)量。特別的，如果觸發(fā)精度受到計(jì)算機(jī)性能和正在處理的任務(wù)的影響時(shí)，測(cè)量本身的不可控因素可能導(dǎo)致整體測(cè)量的*失敗，這樣對(duì)于測(cè)量的成本，尤其是針對(duì)高速流動(dòng)問(wèn)題或者高湍流度問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)成本控制都是非常不利的。這種獨(dú)立設(shè)計(jì)使得PIV實(shí)驗(yàn)本身的各部件時(shí)序控制和用戶選擇的計(jì)算機(jī)性能和檔次沒(méi)有關(guān)系，這也是TSI的PIV系統(tǒng)不會(huì)刻意要求用戶配置高檔次的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的根本原因。本次配置中的610035型同步器是TSI公司PIV系統(tǒng)中的同步裝置，時(shí)間分辨精度達(dá)到1ns。PIV技術(shù)的創(chuàng)始人、TSI公司流體測(cè)量系統(tǒng)的高級(jí)顧問(wèn)——Adrian教授曾經(jīng)使用這種系統(tǒng)在Illinois大學(xué)成功進(jìn)行了高速爆轟問(wèn)題的測(cè)量和研究工作，這種測(cè)量問(wèn)題的時(shí)間定位要求是非常嚴(yán)格的。同時(shí)這種同步裝置在高速PIV及激光誘導(dǎo)熒光（LIF）的設(shè)備也可以使用。
VI 圖象采集分析系統(tǒng) | 1 套 TSI INSIGHT3G-SEC MODULE3G-2DPIV MODULE3G-STRPIV MODULE3G-PLIF |
名稱 | 立體PIV/LIF圖象采集及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng) |
功能 | Windwos XP 全 32-bit 軟件包，系統(tǒng)通過(guò)RS232采用計(jì)算機(jī)命令控制； |
對(duì)CCD方式，實(shí)時(shí)顯示采樣的圖象數(shù)據(jù)，在線顯示方向矢量及標(biāo)量場(chǎng)； | |
執(zhí)行互相關(guān)和自相關(guān)分析；支持多CPU結(jié)構(gòu)的并行相關(guān)處理 | |
內(nèi)嵌Hart相關(guān)算法引擎，支持進(jìn)行Hart相關(guān)處理，超細(xì)化處理流場(chǎng)速度分布，zui小可達(dá)到的查問(wèn)域可達(dá)4×4個(gè)象素得到一個(gè)速度矢量 | |
可對(duì)圖象進(jìn)行常規(guī)圖象處理； | |
可對(duì)不同的片光源類型所獲得的圖象進(jìn)行處理; | |
實(shí)時(shí)顯示查問(wèn)域及其相關(guān)時(shí)的峰值； | |
自動(dòng)調(diào)整查問(wèn)域的大小以獲得較好的相關(guān)峰值； | |
計(jì)算點(diǎn)、線、圖象中部分區(qū)域、及全部區(qū)域的速度； | |
后處理可計(jì)算平均速度、均方根值、渦量、剪應(yīng)力、雷諾應(yīng)力等；對(duì)速度矢量場(chǎng)進(jìn)行有效性檢驗(yàn)，并對(duì)其所缺矢量填空。 | |
內(nèi)置（嵌入在Insight軟件中）TECLPOT流場(chǎng)分析繪圖軟件； | |
采用背景處理技術(shù)，基于Matlab 工具箱詳細(xì)的時(shí)序圖像分析 | |
備注 | 本軟件含有Insight3G-PIVLIF 軟件jiamigou一個(gè)； |
