光流海洋微型流场测量自标定装置论文和设计-左炳光

全文摘要

本实用新型公开了光流海洋微型流场测量自标定装置,包括箱座，所述箱座的主体为箱体结构，所述箱座前端面的左侧为向左倾斜的斜面，且在箱座前端面的右侧为与斜面固定相连的平面，所述箱座的底部并且在斜面的侧后方设有调节孔；装置高度集成，将传统的PIV测量系统中的各项组件集成为一体，免去了安装调试流程，接线简单，可以通过wifi无线控制，极大降低了系统使用学习的入门门槛，同时免去了传统PIV中常见的因为反复插拔和老化导致的接线问题和信号传输等故障；装置具备自标定功能，使用过程中无需再进行标定，可以直接输入物理速度场数据，因此不需要涉及过多的专业知识，避免了过多的人为因素造成的困扰。

主设计要求

1.光流海洋微型流场测量自标定装置,包括箱座(1)，其特征在于：所述箱座(1)的主体为箱体结构，所述箱座(1)前端面的左侧为向左倾斜的斜面，且在箱座(1)前端面的右侧为与斜面固定相连的平面，所述箱座(1)的底部并且在斜面的侧后方设有孔状结构的调节孔(101)，所述调节孔(101)与C形框体结构的旋转座(6)相固定连接，且在旋转座(6)的框体内固定安装有工业相机(7)，所述旋转座(6)框体的下端套配有与调节孔(101)相螺接的调节螺钉(601)；所述箱座(1)底部的中间位置处固定安装有控制模块(4)，且在箱座(1)底部的左后端位置处固定安装有wifi模块(5)，所述箱座(1)底部的右端固定安装有光源支座(10)，且在光源支座(10)内固定套配有激光片光源(11)；所述箱座(1)的后端面上设有孔状结构的安装孔(102)，且在安装孔(102)内固定穿连有电缆接头(8)，且电缆接头(8)与控制模块(4)相电性连接，所述控制模块(4)分别与wifi模块(5)、工业相机(7)、激光片光源(11)相电性连接。

设计方案

所述箱座(1)底部的中间位置处固定安装有控制模块(4)，且在箱座(1)底部的左后端位置处固定安装有wifi模块(5)，所述箱座(1)底部的右端固定安装有光源支座(10)，且在光源支座(10)内固定套配有激光片光源(11)；

所述箱座(1)的后端面上设有孔状结构的安装孔(102)，且在安装孔(102)内固定穿连有电缆接头(8)，且电缆接头(8)与控制模块(4)相电性连接，所述控制模块(4)分别与wifi模块(5)、工业相机(7)、激光片光源(11)相电性连接。

2.根据权利要求1所述的光流海洋微型流场测量自标定装置，其特征在于：所述箱座(1)的上端面上环向嵌配有密封圈(2)，且在密封圈(2)的上端设有与箱座(1)的上端通过螺栓固定相连的板状结构的上盖(3)。

3.根据权利要求1所述的光流海洋微型流场测量自标定装置，其特征在于：所述箱座(1)左前端的斜面与左端面的夹角为45°，且在此斜面上并且在工业相机(7)的前端面上嵌配有方形透明板状结构的镜片I(12)。

4.根据权利要求1所述的光流海洋微型流场测量自标定装置，其特征在于：所述光源支座(10)的中心轴线距离调节孔(101)的中心线的水平垂直距离为25mm，且在激光片光源(11)的前端面上并且在箱座(1)的右前端面的壁体上嵌配有方形透明板状结构的镜片II(13)。

5.根据权利要求1所述的光流海洋微型流场测量自标定装置，其特征在于：所述旋转座(6)的上端螺接有与工业相机(7)的上端面相压合的四个锁紧螺栓I(602)，且锁紧螺栓I(602)在旋转座(6)的上端呈均布排列。

6.根据权利要求1所述的光流海洋微型流场测量自标定装置，其特征在于：所述光源支座(10)的中间设有与激光片光源(11)的外圆型套配的长槽孔状结构的固定孔(1001)，且在固定孔(1001)的上端螺接有两个均布排列的锁紧螺栓II(1002)。

7.根据权利要求1所述的光流海洋微型流场测量自标定装置，其特征在于：所述箱座(1)的底部并且在控制模块(4)、wifi模块(5)与光源支座(10)的相应位置处均设有凸台结构的安装座，所述控制模块(4)、wifi模块(5)与光源支座(10)均与箱座(1)底部所设的安装座通过螺栓固定连接在一起。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及流场测量技术领域，具体为光流海洋微型流场测量自标定装置。

背景技术

流体、海洋、水利、环境相关科研、工程和教学中，PIV技术即粒子图像测速技术是目前流场测量最常用的技术。PIV系统涉及到的软件、硬件和实验技术，硬件上涉及控制电路、激光、图像传感器、同步控制等高新产品；软件上涉及到激光和相机的控制、图像标定和处理、数据分析；实验技术上涉及到仪器的安装、标定与现场环境控制，系统中包含光路和图像采集。通过该系统虽然可以实现流场测量，但它在实际使用的过程中仍存在以下弊端：

1.目前商业化或者科研实验室自己搭建的测量系统都比较繁琐，操作和应用复杂，从接触这项技术到能否熟练应用，需要花费较多的时间；

2.整套系统需要的专业知识繁多，对于刚刚采用此项技术的科研人员或者工程师，需要耗费很多的宝贵时间，而其结果所涉及的人为因素太大，因此具有极高的不确定性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供光流海洋微型流场测量自标定装置，以解决上述背景技术中提出目前商业化或者科研实验室自己搭建的测量系统都比较繁琐，操作和应用复杂，从接触这项技术到能否熟练应用，需要花费较多的时间，以及整套系统需要的专业知识繁多，对于刚刚采用此项技术的科研人员或者工程师，需要耗费很多的宝贵时间，而其结果所涉及的人为因素太大，因此具有极高的不确定性的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：光流海洋微型流场测量自标定装置,包括箱座，所述箱座的主体为箱体结构，所述箱座前端面的左侧为向左倾斜的斜面，且在箱座前端面的右侧为与斜面固定相连的平面，所述箱座的底部并且在斜面的侧后方设有孔状结构的调节孔，所述调节孔与C形框体结构的旋转座相固定连接，且在旋转座的框体内固定安装有工业相机，所述旋转座框体的下端套配有与调节孔相螺接的调节螺钉；

所述箱座底部的中间位置处固定安装有控制模块，且在箱座底部的左后端位置处固定安装有wifi模块，所述箱座底部的右端固定安装有光源支座，且在光源支座内固定套配有激光片光源；

所述箱座的后端面上设有孔状结构的安装孔，且在安装孔内固定穿连有电缆接头，且电缆接头与控制模块相电性连接，所述控制模块分别与wifi模块、工业相机、激光片光源相电性连接。

优选的，所述箱座的上端面上环向嵌配有密封圈，且在密封圈的上端设有与箱座的上端通过螺栓固定相连的板状结构的上盖。

优选的，所述箱座左前端的斜面与左端面的夹角为45°，且在此斜面上并且在工业相机的前端面上嵌配有方形透明板状结构的镜片I。

优选的，所述光源支座的中心轴线距离调节孔的中心线的水平垂直距离为25mm，且在激光片光源的前端面上并且在箱座的右前端面的壁体上嵌配有方形透明板状结构的镜片II。

优选的，所述旋转座的上端螺接有与工业相机的上端面相压合的四个锁紧螺栓I，且锁紧螺栓I在旋转座的上端呈均布排列。

优选的，所述光源支座的中间设有与激光片光源的外圆型套配的长槽孔状结构的固定孔，且在固定孔的上端螺接有两个均布排列的锁紧螺栓II。

优选的，所述箱座的底部并且在控制模块、wifi模块与光源支座的相应位置处均设有凸台结构的安装座，所述控制模块、wifi模块与光源支座均与箱座底部所设的安装座通过螺栓固定连接在一起。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型结构设置合理，功能性强，具有以下优点：

1.装置高度集成，将传统的PIV测量系统中的各项组件集成为一体，免去了安装调试流程，接线简单，可以通过wifi无线控制，极大降低了系统使用学习的入门门槛，同时免去了传统PIV中常见的因为反复插拔和老化导致的接线问题和信号传输等故障；

2.装置具备自标定功能，使用过程中无需再进行标定，可以直接输出物理速度场数据，因此不需要涉及过多的专业知识，避免了过多的人为因素造成的困扰；

3.相比传统PIV系统，该装置设计精巧，体积小，功耗低，可以电池供电，方便室内或者野外现场流态和流速的应用，通过一个三脚架或者简易支架即可完成整个装置的安装；

4.装置结构简洁，容易组装维护、相比传统大型激光，极大降低维护时间和费用。同时工业相机和激光片光源等封装在箱座内，不容易受到环境灰尘等污染，保证了装置寿命，也大大降低了整个装置的操作难度。

附图说明

图1为本实用新型轴侧结构爆炸视图；

图2为本实用新型结构俯视图；

图3为图2中A-A处剖面结构示意图；

图4为图2中B-B处剖面结构示意图；

图5为箱座结构示意图；

图6为旋转座半剖结构示意图；

图7为光源支座结构轴侧视图。

图中：1、箱座；2、密封圈；3、上盖；4、控制模块；5、wifi模块；6、旋转座；7、工业相机；8、电缆接头；10、光源支座；11、激光片光源；12、镜片I；13、镜片II；101、调节孔；102、安装孔；601、调节螺钉；602、锁紧螺栓I；1001、固定孔；1002、锁紧螺栓II。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1至图7，本实用新型提供一种技术方案：光流海洋微型流场测量自标定装置,包括箱座1，箱座1的主体为箱体结构，箱座1前端面的左侧为向左倾斜的斜面，且在箱座1前端面的右侧为与斜面固定相连的平面，箱座1的底部并且在斜面的侧后方设有孔状结构的调节孔101，调节孔101与C形框体结构的旋转座6相固定连接，且在旋转座6的框体内固定安装有工业相机7，此处工业相机7可选为OSG230-150UM型工业相机，旋转座6框体的下端套配有与调节孔101相螺接的调节螺钉601，通过调整调节螺钉601的松紧，可使旋转座6绕调节孔101旋转或者固定，进而可以调节工业相机7在箱座1底部的安装角度；

箱座1底部的中间位置处固定安装有控制模块4，此处控制模块4可选为GK1037型工控机，且在箱座1底部的左后端位置处固定安装有wifi模块5，此处wifi模块5可选为HF-DTU-H101型wifi串口服务器，箱座1底部的右端固定安装有光源支座10，且在光源支座10内固定套配有激光片光源11，此处激光片光源11可选为JLM5315-01型激光器；

箱座1的后端面上设有孔状结构的安装孔102，且在安装孔102内固定穿连有电缆接头8，此处电缆接头8可选为FCY-FSCT-023型防水插头，且电缆接头8与控制模块4相电性连接，控制模块4分别与wifi模块5、工业相机7、激光片光源11相电性连接，通过电缆接头8与外接电源相连通，进而实现对整个装置内的控制模块4、wifi模块5、工业相机7与激光片光源11进行供电。

进一步的，箱座1的上端面上环向嵌配有密封圈2，且在密封圈2的上端设有与箱座1的上端通过螺栓固定相连的板状结构的上盖3，这种结构使得箱座1的内部形成一个密封的腔体结构，进而对箱座1内的其他零部件起到一个良好的防护作用，提高了整个装置的使用寿命。

进一步的，箱座1左前端的斜面与左端面的夹角为45°，且在此斜面上并且在工业相机7的前端面上嵌配有方形透明板状结构的镜片I 12，工业相机7可透过镜片I 12对箱座1的外部进行拍摄，同时镜片I 12对工业相机7起到一个良好的防护作用，使工业相机7不会受到外部环境粉尘的污染，因此保证了整个装置的使用寿命。

进一步的，光源支座10的中心轴线距离调节孔101的中心线的水平垂直距离为25mm，且在激光片光源11的前端面上并且在箱座1的右前端面的壁体上嵌配有方形透明板状结构的镜片II 13，激光片光源11透过镜片II 13对外进行照射，同时镜片II 13对激光片光源11起到一个良好的防护作用，避免激光片光源11受到外部环境的影响，因此保证了整个装置的使用寿命。

进一步的，旋转座6的上端螺接有与工业相机7的上端面相压合的四个锁紧螺栓I602，且锁紧螺栓I 602在旋转座6的上端呈均布排列，这种结构使工业相机7在旋转座6上的安装与拆卸都更加方便。

进一步的，光源支座10的中间设有与激光片光源11的外圆型套配的长槽孔状结构的固定孔1001，且在固定孔1001的上端螺接有两个均布排列的锁紧螺栓II 1002，通过调节锁紧螺栓II 1002的松紧可以控制激光片光源11在固定孔1001内移动或者固定，进而使激光片光源11在光源支座10上的拆装与调节都更加方便。

进一步的，箱座1的底部并且在控制模块4、wifi模块5与光源支座10的相应位置处均设有凸台结构的安装座，控制模块4、wifi模块5与光源支座10均与箱座1底部所设的安装座通过螺栓固定连接在一起，这种结构使得控制模块4、wifi模块5与光源支座10在箱座1内的拆装都更为简单。

工作原理：本实用新型中，电缆接头8与外接电源相连，并且通过电缆接头8向控制模块4、wifi模块5、工业相机7、激光片光源11供电，通过调节旋转座6下端的调节螺钉601可控制工业相机7的拍摄角度，工业相机7相对于激光片光源11的默认夹角为45°，而工业相机7可调节的角度范围为30°至70°，进而使工业相机7的拍摄角度为最佳状态，有效的保证拍摄的质量，使工业相机7通过一定的角度采集激光片光源11照亮的粒子图像，而wifi模块5使得整个装置可以实现自带wifi信号，即通过设置系统虚拟wifi信号，来实现自带热点功能；设置固定IP，所有连接到此局域网络的的计算机系统，都可以通过系统配置的无线控制软件或者其他远程工具来实现对该装置的控制，远程画面通过TCP\/IP协议进行传输到当前控制平台，当前鼠标动作也同样通过网络协议进行交互动作的传输，从而可以实时查看到系统内部图像画面，操控软件，进行流速的计算和提取等工作。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

设计图

光流海洋微型流场测量自标定装置论文和设计

光流海洋微型流场测量自标定装置论文和设计-左炳光

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

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