基于片光扫描粒子图像的三维流场高频测量装置及其方法

摘要

本发明涉及基于片光扫描粒子图像的三维流场高频测量装置及其方法，属于实验流体力学研究领域。该装置包括激光器、具有N个反光齿的旋转齿轮、步进电机、柱面凹透镜、柱面凸透镜、两个高速相机，同步器与计算机；其中，旋转齿轮上的圆柱面上设置N个等间隔排列的螺纹状反光齿并首尾搭接，旋转齿轮在旋转过程中将与其轴距不变的入射激光束反射为在一个固定平面内单向顺序扫描的反射激光束，经过柱面凹透镜、柱面凸透镜后转换为扫描矩形片光；由于每个反光齿实现一次扫描，故而本发明的实际三维扫描速度可达到步进电机转速的N倍，真正实现三维流场的高频测量，获得三维流场时空演变过程，对流体力学的试验研究具有重要应用价值。

主权项

一种三维高频粒子图像测速的装置，其特征在于，该装置包括激光器、具有多个反光齿的旋转齿轮、步进电机、柱面凹透镜、柱面凸透镜、两个高速相机、同步器与计算机；其中，激光器安装在水槽底部，旋转齿轮安装在激光器输出端前，且使反光齿反射激光器输出的入射激光束，柱面凹透镜、柱面凸透镜依次安装在水槽底部和旋转齿轮上方之间的空间内，将反光齿反射的垂直向上的出射激光束先扩散为扇形片光，再收缩为矩形片光后照亮水槽中待测区域，旋转齿轮由步进电机驱动转动，两个高速相机分别斜向安装在水槽同侧，水平轴安装高度与过待测区域中心的水平线齐平，并分别位于过待测区域中心的垂线两侧；同步器通过数据线分别与计算机、激光器和高速相机相连，计算机通过数据线分别与两个高速相机、步进电机相连。