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最近有朋友问起高速PIV系统测试高速流体的问题. 我想在这里就这个问题讨论一下.应该明确指出的是高频率PIV(高速PIV)系统是不能用于高速流体的测试的. 起码现阶段是不行的.以后俺不敢说.
首先我要说的是“高速PIV“的概念, 它其实应该被叫做“高频率PIV“ 或者“时间解析PIV“. 这样的一套设备主要的决定性的部件是高频率的激光和高频率的相机(>1000Hz). 激光可以是单脉冲的,或者是单脉冲和双脉冲两种功能都具备. 每个脉冲的长度为约150 ns, 能量约为30 mJ. 而高频率的相机的芯片是CMOS芯片而非CCD芯片, 也就是说对光信号敏感度较弱. 有个非常重要的时间量“最小的信息传输所需时间“, 一般对于整辐图象而言, 是几个微秒 (µs, 例如3 µs). 这个时间其实就决定了高频率PIV双帧模式两帧照片间的最小时间间隔.
而普通的标准PIV系统的频率一般在15Hz, 现实中的使用频率由相机和激光器中频率低的那个决定. 一般而言, 激光是双脉冲激光, 每个脉冲长度约为10 ns, 能量可达到最高400 mJ. 相机使用双帧模式. 芯片是CCD芯片, 对光信号的灵敏度高. 两帧照片间的时间间隔最小可达到dt=0.2 µs.
对于做高速流体的同事们, 特别是做超音速流体的同事们而言. 应该选用的PIV系统是普通的标准PIV系统. 理由涉及1)系统的最小dt,2) 相机光信号的敏感度, ,3)激光的单脉冲长度
1)想测的速度越高, 空间解析度越高, 所需设备的两帧照片间的时间间隔就必须越短.对于超音速流体而言, dt< 1 µs 是很重要的. 现实测量中的dt和你的放大比率, 被测面积大小, 相机芯片大小, 流体流速和问讯区的大小等有关. 需要自己计算.
2)超音速流体一般来说都是气体. 测量气体的流场, 需要对光信号敏感的相机芯片和高能量的激光.
3)对于PIV粒子的图像而言, 我们要求的是在一个激光脉冲的基础上所获得的粒子的像是个点(一般是2-4pixel的边长).然而对于高频率的激光而言, 单脉冲的时间是约 150 ns, 也就是说粒子像最后不是颗粒, 而是一条线. (有点象你拿着照相机对着夜晚的繁忙的马路进行长时间暴光得到的效果, 是车灯显示的车的运行轨迹), 这样的粒子像不适合做互相关计算.
[ 本帖最后由 silkroad 于 2009-7-6 22:36 编辑 ] |
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