本发明涉及的是一种粒子图像测速装置及方法。
背景技术：
流场是流体运动所占据的空间，流场应用广泛，随着科技的进步，高速流场逐渐在很多技术领域都有涉及，例如喷气式飞机尾喷管就是高速流场。清楚、准确的认识高速流场中各个区间内的速度分布，对研究问题与解决问题都有重要的意义，因此急需一种针对高速流场的全局速度测量仪器。
最初的流场速度测试主要以单点测试为主，有热线风速测量法和激光多普勒速度测量法，热线风速测量法是采用一根通电加热的细金属丝最为探头，将其置于所测流场中，根据热的金属丝在流场中的散热情况与流场速度的关系来测量流场的速度，由于将金属丝探头直接放入流场中，这种方法对流场有干扰作用，不能准确的反应流场的速度信息，并且该种方法是单点测量无法从全局上展示流场的速度分布。激光多普勒速度测量法是通过测量激光探头的示踪粒子的多普勒信号，再根据速度与多普勒频移的关系得到速度的值，由于这种方式对测量流场没有干扰，测量较为准确，但同样属于单点测量不能反应流场全局的速度信息。针对这种情况，全流场非接触式的粒子图像测速技术应运而生，这类方法原理是向流场中均匀地布撒示踪粒子，通过短时间间隔的两幅图像来确定粒子运动速度，并以此代替流场的速度分布。但这种方法在测量高速流场时，需要缩短两幅图像的拍照时间，这在一定情况下对控制器的要求增加，另外在两幅图像中寻找相关粒子进行速度计算时也较为复杂。这使得传统的粒子图像测速技术在高速流场中的应用受到了限制。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供在高速流场中用于流体瞬态、多点、无接触条件下的一种适用于高速流场的单帧粒子成像测速仪及其测速方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种适用于高速流场的单帧粒子成像测速仪，其特征是：包括激光器、高速CCD摄像机、同步控制器、粒子发生器、片光源系统、测试窗口、图像采集与分析系统，同步控制器分别连接激光器和高速CCD摄像机，测试窗口内部为测试流场，激光器产生的脉冲激光通过片光源系统照射在测试窗口上，粒子发生器连接测试窗口，高速CCD摄像机面向测试窗口设置，图像采集与分析系统连接高速CCD摄像机。
本发明一种适用于高速流场的单帧粒子成像测速方法，其特征是：采用如下测速装置：
包括激光器、高速CCD摄像机、同步控制器、粒子发生器、片光源系统、测试窗口、图像采集与分析系统，同步控制器分别连接激光器和高速CCD摄像机，测试窗口内部为测试流场，激光器产生的脉冲激光通过片光源系统照射在测试窗口上，粒子发生器连接测试窗口，高速CCD摄像机面向测试窗口设置，图像采集与分析系统连接高速CCD摄像机；
采用同步控制器控制激光器，使激光器发出脉冲激光，该脉冲激光通过片光源系统形成片光源照射在测试窗口，与此同时粒子发生器不断的通过测试窗口向测试流场填充示踪粒子，采用同步控制器控制高速CCD摄像机，高速CCD摄像机通过测试窗口对测试流场进行单帧图像的拍摄，拍摄的图片信息传递给图像采集与分析系统，所述图像采集与分析系统采用计算机实现。
本发明的优势在于：本发明可以很好的解决传统的PIV测速系统应用在高速流场时，同步器难以精确控制激光器的脉冲间隔和高速CCD摄像机的拍摄间隔给测量带来的影响，也避免了从两幅图像中寻找相关的粒子进行速度计算的问题。本发明可有效的测量高速流场中速度的分布情况。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，包括同步控制器1、激光器2、片光源系统3、粒子发生器4、测试窗口5、高速CCD摄像机6和图像采集与分析系统7；同步控制器1控制激光器2，使激光器2发出高强度的脉冲激光，该激光通过片光源系统3形成片光源照射在测试窗口5，与此同时粒子发生器4不断的通过测试窗口5向测试流场填充示踪粒子，高速CCD摄像机6也在同步控制器1的控制下通过测试窗口5对高速流场进行单帧图像的拍摄，拍摄的图片信息传递给图像采集与分析系统7。
本发明粒子成像测速方法的原理：利用高强度的脉冲激光作为探测光源，同步控制器1控制激光器2，使激光器2发出高强度的脉冲激光，该柱形高强度的激光通过片光源系统3生成片光源照射在测试窗口5内。与此同时同步控制器1控制粒子发生器4使其不断的向被测高速流场中填充示踪粒子。由于是在高速流场中进行检测，传统的PIV测速系统中同步器的精度难以控制，高速CCD摄像机拍摄两幅图像的时间间隔难以控制，此外在进行相关计算时，从两幅图像中寻找相关的粒子难度较大。在本方法中同步控制器1控制高速CCD摄像机6对高速流场进行单帧图像拍摄。得到的图像传递给图像采集与分析系统7。根据图像进行分析计算，进而得到所测高速流场的速度场信息。图像采集与分析系统7采用计算机实现。