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。
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)問題或者高湍流度問題的實(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——Adrian教授曾經(jīng)使用這種系統(tǒng)在Illinois大學(xué)成功進(jìn)行了高速爆轟問題的測(cè)量和研究工作，這種測(cè)量問題的時(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。
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