專利名稱：組合式體視適配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種體視適配器，尤其是指一種平移/角移組合式體視適配器，是一種用于數(shù)字式體視粒子圖象測速系統(tǒng)中的重要組件，屬于粒子圖象測速系統(tǒng)中的一種。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，相機(jī)技術(shù)的日益改進(jìn)，大部分的相機(jī)，不僅僅是滿足人們?nèi)粘Ｉ畹男枰?，而是被廣泛的運(yùn)用到工業(yè)、科研、測量等各行各業(yè)之中。例如在現(xiàn)有的數(shù)字式體視粒子圖像測速系統(tǒng)中，就需要用于體視的高精度的相機(jī)，但是，相機(jī)的質(zhì)量再好，如果不能很好的調(diào)節(jié)、使用，不能用于體視觀測中，也同樣得不到精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，所以，如何研制出一款適用于體視的高精確度、使用、調(diào)節(jié)方便的相機(jī)適配器成為本領(lǐng)域技術(shù)人員的主要課題。
目前，人們在使用改裝為體視相機(jī)進(jìn)行調(diào)整時，通常是通過人體的手部進(jìn)行前后、左右的移動，這樣就不能精確的判斷相機(jī)朝一個方向水平移動的位移，以及相機(jī)旋轉(zhuǎn)移動的角度，使調(diào)整不易達(dá)到要求，所以，這給人們的實(shí)驗(yàn)、測量帶來一定的不便。
本實(shí)用新型的發(fā)明人經(jīng)過長期的實(shí)驗(yàn)，終于研發(fā)出一款能平移/角移的體視適配器。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的發(fā)明目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用、調(diào)節(jié)方便的體視適配器。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下一種組合式體視適配器，該體視適配器包括
一底板3，用于支撐放置在其上部的各照相器材；一固定設(shè)置在底板3上面板的鏡頭架1，用于固定相機(jī)的鏡頭；一可旋轉(zhuǎn)的設(shè)置在底板3底部的第一精密旋轉(zhuǎn)臺4，用于調(diào)節(jié)鏡頭平面與物平面之間的角度；一設(shè)置在鏡頭架1一側(cè)的CCD陣列機(jī)體架5，用于固定數(shù)字相機(jī)陣列芯片機(jī)體；一設(shè)置在鏡頭架1與CCD陣列機(jī)體架5之間的伸縮腔2，用于調(diào)節(jié)鏡頭和CCD陣列機(jī)體之間的可調(diào)移動的暗室；一可旋轉(zhuǎn)的設(shè)置在CCD陣列機(jī)體架5底部的精密平移臺6，用于調(diào)節(jié)鏡頭和CCD陣列機(jī)體之間的錯動位移。
進(jìn)一步，在該精密平移臺6的底部、可旋轉(zhuǎn)的設(shè)置用于調(diào)節(jié)鏡頭平面與數(shù)字芯片陣列平面之間角度的第二精密旋轉(zhuǎn)臺7。
該第一精密旋轉(zhuǎn)臺4由分厘卡驅(qū)動，最小刻度為0.01mm，分辨率為0.002mm，粗調(diào)范圍為360°，微調(diào)范圍為±10°，最小讀數(shù)為2′。
該第二精密旋轉(zhuǎn)臺7由分厘卡驅(qū)動，最小刻度為0.01mm，分辨率為0.002mm，粗調(diào)范圍為360°，微調(diào)范圍為±10°，最小讀數(shù)為2′。
該精密平移臺6由分厘卡驅(qū)動，最小刻度為0.01mm，分辨率為0.002mm，行程25mm，導(dǎo)軌為線性滾珠。
使用本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，幫助在相機(jī)或CCD陣列機(jī)體在粒子圖象測速系統(tǒng)中獲得同一觀測區(qū)域(用二臺相機(jī))的清晰圖像，得到精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的使用狀態(tài)圖；圖3a為本實(shí)用新型體視適配器的平移布局示意圖；圖3b為本實(shí)用新型體視適配器的角移布局示意圖；圖4a為本實(shí)用新型體視適配器在TA-DSPIV系統(tǒng)以平移布局的DSPIV方式測量流場時示意圖；
圖4b為本實(shí)用新型體視適配器在TA-DSPIV系統(tǒng)以角移布局的DSPIV方式測量流場時示意圖；圖5為滿足思格姆弗拉格(Scheimphflug)條件的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施方式
，加以附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
平移/角移-數(shù)字式體視粒子圖象測速系統(tǒng)(TA-DSPIV系統(tǒng))既可以用作平移布局的DSPIV，也可以用作角移布局的DSPIV進(jìn)行測量的主要原因是采用了自行設(shè)計的組合式體視(成象)適配器(簡稱體視適配器)，此設(shè)備能夠靈活地調(diào)節(jié)CCD相機(jī)鏡頭與CCD陣列機(jī)體間的相對位置和角度，當(dāng)體視適配器使鏡頭與CCD陣列機(jī)體間發(fā)生相對錯動時，TA-DSPIV系統(tǒng)便可按照平移DSPIV方式測量流場；體視適配器使鏡頭與CCD陣列機(jī)體間發(fā)生相對轉(zhuǎn)動時，TA-DSPIV系統(tǒng)便成為了角移DSPIV系統(tǒng)。因而本體視適配器是體視粒子圖象測速系統(tǒng)(SPIV)中的關(guān)鍵設(shè)備。
如圖1所示，一種平移/角移組合式體視適配器，該體視適配器包括一底板3，用于支撐放置在其上部的各照相器材；一固定設(shè)置在底板3上面板的鏡頭架1，用于固定相機(jī)的鏡頭；一可旋轉(zhuǎn)的設(shè)置在底板3底部的第一精密旋轉(zhuǎn)臺4，用于調(diào)節(jié)鏡頭平面與物平面之間的角度；一設(shè)置在鏡頭架1一側(cè)的CCD陣列機(jī)體架5，用于固定數(shù)字相機(jī)陣列芯片機(jī)體；一設(shè)置在鏡頭架1與CCD陣列機(jī)體架5之間的伸縮腔2，用于調(diào)節(jié)鏡頭和CCD陣列機(jī)體之間的可調(diào)移動的暗室；一可旋轉(zhuǎn)的設(shè)置在CCD陣列機(jī)體架5底部的精密平移臺6，用于調(diào)節(jié)鏡頭和CCD陣列機(jī)體之間的錯動位移。為了更好的進(jìn)行測量，進(jìn)一步在該精密平移臺6的底部、可旋轉(zhuǎn)的設(shè)置用于調(diào)節(jié)鏡頭平面與數(shù)字芯片陣列平面之間角度的第二精密旋轉(zhuǎn)臺7。
其中，上述的設(shè)置可以采用焊接、螺接、栓接固定等，鏡頭架1可以焊接在底板3的面板上；第一精密旋轉(zhuǎn)臺4可以螺接在底板3的底部；CCD陣列機(jī)體架5可以栓接在鏡頭架1的一側(cè)；伸縮腔2可以焊接在鏡頭架1與CCD陣列機(jī)體架5之間；精密平移臺6可以螺接在CCD陣列機(jī)體架5的底部；第二精密旋轉(zhuǎn)臺7可以螺接在精密平移臺6的底部。
其中，該第一精密旋轉(zhuǎn)臺4由分厘卡驅(qū)動，最小刻度為0.01mm，分辨率為0.002mm，粗調(diào)范圍為360°，微調(diào)范圍為±10°，最小讀數(shù)為2′。
該第二精密旋轉(zhuǎn)臺7由分厘卡驅(qū)動，最小刻度為0.01mm，分辨率為0.002mm，粗調(diào)范圍為360°，微調(diào)范圍為±10°，最小讀數(shù)為2′。
該精密平移臺6由分厘卡驅(qū)動，最小刻度為0.01mm，分辨率為0.002mm，行程25mm，導(dǎo)軌為線性滾珠。
本實(shí)用新型的平移/角移組合式體視適配器在粒子測速系統(tǒng)中的使用狀態(tài)圖，如圖2所示。平移/角移組合式體視適配器是一種用于數(shù)字式體視粒子圖象測速系統(tǒng)中(DSPIV見圖2示意圖)的重要組件。它根據(jù)體視成像原理，將原有的數(shù)字相機(jī)改裝成為一對適配可以用于體視測量(即一個切面的三維速度場(u、v、w)測量)的專用數(shù)字相機(jī)，如圖2中，合束器標(biāo)為SSP；第一激光器標(biāo)為Laser I、第二激光器標(biāo)為Laser II；第一冷卻電源標(biāo)為PCU I、第二冷卻電源標(biāo)為PCU II；延時器標(biāo)為DG535；第一體視適配器標(biāo)為Adapter I、第二體視適配器標(biāo)為Adapter II；第一圖像采集板標(biāo)為20；第二圖像采集板標(biāo)為21，激光片光為22，片光光路為23，照明粒子為24，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換單元為25，第二模數(shù)轉(zhuǎn)換單元為26。由第一激光器Laser I和第二激光器Laser II(附屬設(shè)備第一冷卻電源PCU I和第二冷卻電源PCU II)發(fā)出的兩束激光脈沖通過激光合束器SSP使其完全重疊，再經(jīng)過片光光路23形成激光脈沖片光22，照明粒子流場24。第一體視適配器Adapter I和第二體視適配器Adapter II分別用來調(diào)節(jié)第一跨幀數(shù)字圖像芯片CC I和第二跨幀數(shù)字圖像芯片CC II的成像，跨幀數(shù)字圖像芯片用來攝取粒子圖像，這些圖像經(jīng)由第一模數(shù)轉(zhuǎn)換單元25、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換單元26以及第一圖像采集板20、第二圖像采集板21存儲在計算機(jī)里。延時器DG535用來控制兩臺激光器分別發(fā)出的兩個激光脈沖的延時和兩臺跨幀數(shù)字圖像芯片的攝取延時和同步。
對于平移/角移組合式體視適配器，其中圖3a為平移布局，用兩臺平行設(shè)置的第一跨幀數(shù)字圖像芯片CC I和第二跨幀數(shù)字圖像芯片CC II進(jìn)行觀測，其中，物面(激光片光)為觀測面III、相機(jī)透鏡面IV和圖像面為紀(jì)錄面V不在同一軸線上，但三面是平行的。其中圖3b為角移布局，觀測面III、透鏡面IV和紀(jì)錄面V不但不在同一軸線上，而且三者之間有夾角。根據(jù)物像要保證在紀(jì)錄面聚焦成像清晰，必須滿足所謂思格姆弗拉格(Scheimphflug)條件，即三面需相交于一線。
在使用中，如圖4a所示，體視適配器在TA-DSPIV系統(tǒng)以平移布局的DSPIV方式測量流場時(見圖3a)，其中，透鏡面IV與圖像面V平行，體視適配器通過調(diào)節(jié)精密平移臺6平移鏡頭軸線與CCD陣列機(jī)體軸線的相對位置(ΔD)，保證兩臺相機(jī)的拍攝范圍(觀測區(qū)域)相同。
如圖4b所示，體視適配器在TA-DSPIV系統(tǒng)以角移布局的DSPIV方式測量流場時(見圖3b)，首先調(diào)節(jié)第一精密旋轉(zhuǎn)臺4使鏡頭平面IV與物面(觀測平面)III間成夾角θ(一般采用5°-45°，見表1、表2)，然后調(diào)節(jié)第二精密旋轉(zhuǎn)臺7使CCD陣列平面V與鏡頭平面IV間成夾角α(一般采用5°-45°，見表1、表2)。
為保證紀(jì)錄的整個圖像都能夠聚焦于陣列紀(jì)錄芯片平面上，即經(jīng)由體視適配器的方便調(diào)整，達(dá)到物平面(觀測平面)、鏡頭平面和芯片陣列平面相交于一條直線，滿足思格姆弗拉格(Scheimphflug)條件。
由圖5可知，為滿足思格姆弗拉格(Scheimphflug)條件，直線AB和A′B′(包括CD線)必須交于一點(diǎn)O。最后調(diào)節(jié)精密平移臺6使陣列芯片V相對于鏡頭平面IV發(fā)生錯動ΔD，保證鏡頭中心線OL1OL2與陣列芯片中心線OC1OC2相交，保證左右兩臺相機(jī)拍攝的觀測區(qū)域重合。值得注意的是，思格姆弗拉格(Scheimpflug)條件僅保證圖像聚焦清晰，但不保證整個圖像的各個區(qū)域放大率是均勻的。
附根據(jù)高斯公式和思格姆弗拉格(Scheimphflug)條件計算，其θ角(透鏡方位角)、α(透鏡和芯片的適配角)和平移位移量ΔD的范圍及關(guān)系。可見表(1)和表(2)。表中M＝tgα/tgθ為調(diào)節(jié)參量。
表(1)M、θ和α(°)對照表Table(1) Table of M and θ correspondingα(°) 表(2)M、θ和ΔD(mm)對照表Table(2)Table of M and θ corresponding ΔD(mm)
權(quán)利要求1.一種組合式體視適配器，其特征在于，該體視適配器包括一底板(3)，用于支撐放置在其上部的各照相器材；一固定設(shè)置在底板(3)上面板的鏡頭架(1)，用于固定相機(jī)的鏡頭；一可旋轉(zhuǎn)的設(shè)置在底板(3)底部的第一精密旋轉(zhuǎn)臺(4)，用于調(diào)節(jié)鏡頭平面與物平面之間的角度；一設(shè)置在鏡頭架(1)一側(cè)的CCD陣列機(jī)體架(5)，用于固定數(shù)字相機(jī)陣列芯片機(jī)體；一設(shè)置在鏡頭架(1)與CCD陣列機(jī)體架(5)之間的伸縮腔(2)，用于調(diào)節(jié)鏡頭和CCD陣列機(jī)體之間的可調(diào)移動的暗室；一可旋轉(zhuǎn)的設(shè)置在CCD陣列機(jī)體架(5)底部的精密平移臺(6)，用于調(diào)節(jié)鏡頭和CCD陣列機(jī)體之間的錯動位移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式體視適配器，其特征在于，在該精密平移臺(6)的底部、可旋轉(zhuǎn)的設(shè)置用于調(diào)節(jié)鏡頭平面與數(shù)字芯片陣列平面之間角度的第二精密旋轉(zhuǎn)臺(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式體視適配器，其特征在于，該第一精密旋轉(zhuǎn)臺(4)由分厘卡驅(qū)動，最小刻度為0.01mm，分辨率為0.002mm，粗調(diào)范圍為360°，微調(diào)范圍為±10°，最小讀數(shù)為2′。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合式體視適配器，其特征在于，該第二精密旋轉(zhuǎn)臺(7)由分厘卡驅(qū)動，最小刻度為0.01mm，分辨率為0.002mm，粗調(diào)范圍為360°，微調(diào)范圍為±10°，最小讀數(shù)為2′。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式體視適配器，其特征在于，該精密平移臺(6)由分厘卡驅(qū)動，最小刻度為0.01mm，分辨率為0.002mm，行程25mm，導(dǎo)軌為線性滾珠。
專利摘要一種組合式體視適配器，該體視適配器包括一底板；一固定設(shè)置在底板上面板的鏡頭架，用于固定相機(jī)的鏡頭；一可旋轉(zhuǎn)的設(shè)置在底板底部的第一精密旋轉(zhuǎn)臺，用于調(diào)節(jié)鏡頭平面與物平面之間的角度；一設(shè)置在鏡頭架一側(cè)的CCD陣列機(jī)體架，用于固定數(shù)字相機(jī)陣列芯片機(jī)體；一設(shè)置在鏡頭架與CCD陣列機(jī)體架之間的伸縮腔，用于調(diào)節(jié)鏡頭和CCD陣列機(jī)體之間的可調(diào)移動的暗室；一可旋轉(zhuǎn)的設(shè)置在CCD陣列機(jī)體架底部的精密平移臺，用于調(diào)節(jié)鏡頭和CCD陣列機(jī)體之間的錯動位移。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，將普通相機(jī)或CCD陣列相機(jī)改裝成可用于體視測量中，并在粒子圖象測速系統(tǒng)(用左右二臺相機(jī))中獲得同一觀測區(qū)域的清晰圖像，得到精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
文檔編號G01P5/20GK2816815SQ20052010349
公開日2006年9月13日 申請日期2005年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月11日
發(fā)明者申功炘 申請人:北京航空航天大學(xué)