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粒子圖像測速儀

  粒子圖像測速技術(PIV) ( Particle Image Velocimetry)是流動顯示技術的定量化延伸,是二十世紀末流體力學測量儀器和實驗方法的重大發展,由于可以得到瞬時全場的速度信息, 相比以往單點的流速測量技術,PIV可以獲得瞬時流動結構的真實信息,在流動結構的研究方面是其他手段無法相比的。


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系統組成與整體性能

       一套完整的PIV系統包括光源系統(雙腔脈沖激光器,導光臂和片光源透鏡組),圖像采集系統(高分辯率跨幀CCD相機,64位專用高速圖像數據采集板),控制協調系統(同步器),以及專用PIV圖像數據處理和流場顯示系統(Insight軟件包及其外部接口)。

 

工作模式

支持 CCD 工作方式(互相關、自相關)

提供支持膠片工作接口(自相關模式)

速度范圍

最大可測速度不小于200m/s

測量區域

不小于600mm*400mm

空間分辨率

小于1mm*1mm(由鏡頭視場確定)

速度測量維數

3維




各主要部件性能參數

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I 脈沖激光器

1 套                 YAG200-NWL_532/266

PIV系統中激光器作為照明光源,采用美國NewWave公司的脈沖頻率15Hz,能量200毫焦/脈沖大功率Nd:YAG激光器。激光器主要參數如下:

激光器型號

YAG200-NWL_532/266

名稱

美國NewWave公司產雙釹: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

脈沖持續時間

3—5 ns

光束直徑

6 mm

發散角

小于4 mrad

工作方式

自觸發、外部觸發,受同步器控制

輸入電源要求

單相輸入 220V±10% , 最大電流20A,50/60 Hz

備注

激光器(含電源)由生產廠商保修一年

 

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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節片光源的位置,滿足測量不同截面時片光源的靈活調整。    片光源透鏡用于形成PIV系統的照明光路系統。工作原理是,脈沖激光器產生的激光脈沖光束首先經過一個凹柱面鏡,形成一個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,這個厚度對PIV測量來說太厚,因此,需要額外的一個球面鏡將光片收縮到0.5~1mm厚度的片光。為了適應不同大小和測量距離的情況的需要,該套鏡頭組中采用了兩個鏡頭組,分別為兩個不同的凹柱面鏡和兩個不同的球面鏡。

主要參數如下:

型號

610015     610021

名稱

光臂及片光源透鏡組

最大輸入功率

500mJ/Pulse

組件

多關節光臂一套(每關節均可360度旋轉,全

                展開可達1.8米長)

鏡頭基座一套

球面鏡2個:焦距500mm,1000mm

柱面鏡2個:焦距-25mm,-15mm

柱面鏡到球面鏡連接適配器一套

 

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III PIV專用CCD

 兩套                     TSI   630062 &  630062-ST

TSI的PIV系統的CCD為專門設計的,以便于用于PIV系統的測量。它在工作時序上不同

于普通的攝像頭結構。主要參數如下:

型號

630062    630062-ST

名稱

PowerView Plus 11MP 自相關/互相關CCD 相機

分辨率

4K X 2.6K

禎頻率

4.8禎/秒

鏡頭接口方式

標準Nikkon(F Mount)

控制方式

Free Run/Triggered Exposure/Triggered Double Exposure


12位灰度圖象數據

最小跨禎時間

200ns

輸出

12位數字化輸出,輸出信號標準LVDS


CCD包含CCD陣列激光保護罩

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備注:

包含配套的專用高速接口板及所有電纜

1. 630062 CCD配套接口板一塊

2. 支持LVDS數據傳輸標準

3. 全數字化數據傳輸

 

 

IV 同步器

1 套                 TSI LaserPulse 610035

    同步器是TSI的PIV系統的時序控制機構。系統的所有其他部件的工作指令均由同步器控制,它負責按照程序設定各個部件。

型號

610035

名稱

同步器

工作方式

受計算機控制;

同計算機連接方式

RS232;

時間分辯率

1ns

輸出信號

TTL 電平;

一對 FlashLamp 和 Q-swithch 信號;

外觸發信號輸出以控制其它外部設備;

鎖相環信號輸入;

輸入功率

240VAC,2A

附件

有關電纜一套;

安裝及使用說明書一套;

 

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        有別于通常采用插入計算機的同步卡或時序卡,TSI的PIV系統是唯一采用立同步器 ,該系統控制的時間分辨率與計算機性能無關,控制信號的時間準確性和任何其它外部設備也無關。它負責精確的接收外部觸發信號以協調各部件的工作時序,這一點在常規PIV系統的條件采樣過程中極為重要,對于某些特殊應用,如旋轉機械流場的測量問題,這種測量需要的同步精度要求極高,一般采用時序卡的系統根本無法完成如此精度的觸發測量。特別的,如果觸發精度受到計算機性能和正在處理的任務的影響時,測量本身的不可控因素可能導致整體測量的完全失敗,這樣對于測量的成本,尤其是針對高速流動問題或者高湍流度問題的實驗成本控制都是非常不利的。這種獨立設計使得PIV實驗本身的各部件時序控制和用戶選擇的計算機性能和檔次沒有關系,這也是TSI的PIV系統不會刻意要求用戶配置高檔次的計算機系統的根本原因。本次配置中的610035型同步器是TSI公司PIV系統中的高端同步裝置,時間分辨精度達到1ns。PIV技術的創始人、TSI公司流體測量系統的高級顧問——Adrian教授曾經使用這種系統在Illinois大學成功進行了高速爆轟問題的測量和研究工作,這種測量問題的時間定位要求是非常嚴格的。同時這種同步裝置在高速PIV及激光誘導熒光(LIF)的設備也可以使用。

 

VI 圖象采集分析系統

1 套                     TSI            INSIGHT3G-SEC

MODULE3G-2DPIV      

                                              MODULE3G-STRPIV    

                                              MODULE3G-PLIF

名稱

立體PIV/LIF圖象采集及數據分析系統

功能

Windwos XP 全 32-bit 軟件包,系統通過RS232采用計算機命令控制;

對CCD方式,實時顯示采樣的圖象數據,在線顯示方向矢量及標量場;

執行互相關和自相關分析;支持多CPU結構的并行相關處理

內嵌Hart相關算法引擎,支持進行Hart相關處理,超細化處理流場速度分布,最小可達到的查問域可達4×4個象素得到一個速度矢量

可對圖象進行常規圖象處理;

可對不同的片光源類型所獲得的圖象進行處理;

實時顯示查問域及其相關時的峰值;

自動調整查問域的大小以獲得最好的相關峰值;

計算點、線、圖象中部分區域、及全部區域的速度;

后處理可計算平均速度、均方根值、渦量、剪應力、雷諾應力等;對速度矢量場進行有效性檢驗,并對其所缺矢量填空。

內置(嵌入在Insight軟件中)TECLPOT流場分析繪圖軟件;

采用專利背景處理技術,基于Matlab 工具箱詳細的時序圖像分析

備注

本軟件含有Insight3G-PIVLIF 軟件加密狗一個;

 


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