1、PDF外文：http:/ 中文 4300 字 ， 2700 单词， 13500 英文字符 出处： Gray C, Greated C A. The application of particle image velocimetry to the study of water wavesJ. Optics & Lasers in Engineering, 1988, 9(s 34):265-276. 光学与激光工程 9（ 1988） 265-276 粒子图像测速技术在水波研究中的应用 C.Gray&CAGreated 爱丁堡大学物
2、理系，詹姆斯 克拉克 麦克斯韦巴德建筑，国王建筑，梅菲尔德街道，英国爱丁堡 EH93JZ， （ 1987 年 9 月 1 日收到， 1987 年 12 月 21 日采纳） 摘要 粒子图像测速技术（ PIV）对水波下速度分布测量的应用是可以描述的，二 维水波产于实验室波浪水槽里被一股强大的 CW 氩离子激光照明的测量区域。摄影记录和随后的电光分析的影片提供了在实验室波浪水槽的位移，因此速度场可以用来传递波浪。这个典型的实验结果和通过与线性波理论的比较阐明了这项技术的准确性和可靠性。 引言 在水波下的速度分布的研究是一门具
3、有重大现实意义科目，因为这些知识对海洋结构的预测力来说是必不可少的。在许多情况下，特别是当该波被打破或到达一个不稳定点时，没有可靠的分析和计算技术能够给出可靠的结果。在这种情况下，设计者必须诉诸于在实验室进行模拟建波，并充分地利用测试的标度律。 实验测量的主要困难是，传统的速度探头，如小型螺旋桨米或热线风速计， 要么不能回应准确的波浪环境，要么遭受严峻的校准问题。激光多普勒测速仪 （ LDA）已成功地应用于测量水波速度 1，但在其应用程序中仍会遇到的很多问 题。主要的困难与当测量正 在波谷水平之上被记录时激光束仅淹没的波周期的一部分的事实是相关的。 &nbs
4、p;凭借先进的计算机技术，分析了多普勒信号表示它已经可以克服这些困难， 速度分布的详细研究，现在已经作为结构设计的目的已被利用。 2 尽管有这些进 步，这种类型的测量装置的基本限制依然存在。水波研究设计人员一般感兴趣的是在一个指定的表面轮廓下的速度向量图。但是，激光多普勒技术，测定的仅仅是在任何给定的时刻的一个固定空间点。之后，仅可以构建完整的向量图在波个人档案的问题的情况下，可以准确地重复了很多次，探头移动到继承整个流场点 产生的波列需要使用精心设计的波形产生技术，以确保对于随机波和单一事件的情况下所需的可重复性过程变得不可能。 粒子图像测速（ PIV）
5、3 是一种非侵入性的技术，完整的二维流场在波箱在一个单一的时刻拍摄。它还具有的优点是实验并不复杂。水种植小中立漂浮颗粒， 和同一个平面上表的脉冲激光照射光。使用常规的操作的摄像机的曝光时间超过脉冲周期，照相胶片曝光的两倍（或有时多个）图像的位移的移动粒子。位移粒 子对，它决定了在任何特定的速度点，找到通过照亮合适的点上发展起来的膜， 它伴随着从一个低功率 激光发出来的光。杨氏条纹形成在的衍射图案，其分离和 取向与这些颗粒是直接相关的。 4 本文提出的结果已经记录了以一个波箱为特定目的建造的粒子图像测带技术分析。光学系统采用了 20W CW 激光。把使用一个摄像机和帧存储捕获到的 条
6、纹链接到的微型计算机，然后使用分二维快速傅里叶变换例程进行分析。 实验装置 波箱和摄影系统 为了用粒子图像测速技术去研究水波里的流场，一个特殊的玻璃波浪水槽已 经被建立（图 1）。 图 1：实验室波箱和光束扩张系统 水箱是 6m0.33m，水深度是 0.53m。 波浪是由一个铰链桨和沙滩上的折叠 层扩大铝板网产生的。水槽两侧的狭窄的水槽和紧密配合的造波机，确保生成的波是二维的，并且
7、是没有显著垂直于水槽两边的流体运动。氩离子激光灯的一个0.32 米宽， 3 毫米厚的薄片，被用来照亮的水槽内的平面是很好的，进入水槽通 过玻璃基体和通过垂直于基底并平行于玻璃边的波传递。光从激光器到薄板的扩展是通过使用短焦距柱面透镜来实现的。一个正面的切片镜子反射的激光的扩大片通过基地水槽。该镜像到它的长度从后面看，中间拉紧为了稍微低头，它具有重 准直光表的效果。由于光垂直入射到玻璃基体，因此不需要的反射被减少到最低限度。当使用高功率激光和采取的步骤可能会相当减少的影响（包括不断扩大的镜片多层镀膜技术）有助于最大限度地到达测量表面以及减少对眼睛的损害的风险，强烈的反射光通过反射的光
8、损失。控制在膨胀水箱中的光片也有助于保持一个恒定的光强度，垂直穿过的测量区域内，否则，这些成为不太激烈的进一步把油箱作为光继续扩大。水箱中的水的种子是一定量的针叶树花粉。这种形式的 播种适合这种应用，因为其便宜相比，其他的播种材料如为在波浪水槽（ 1000htres）的体积的水 ，这将是昂贵的乳胶球。花粉也是一个不错的直播媒体，因为 它是中性浮力在水中，所有的粒子都是相似的大小（约 50-100 微米），它吹散 了不少的光。水箱中的水的种子与一定量的针叶树花粉。这种形式的播种是适合这种应用，因为其便宜相比其他种材料如乳胶球，这将是昂贵的，在波浪水槽的 水的体积（千升）。花粉也是一个不错的直播媒
9、体，因为它是中性浮力在水中，所有的粒子都是相似的大小（约 50-100 微米），它吹散了不少的光。 该物质的暴露是一个敏感 400ASA 单色膜，以便使用短脉冲时间 (0.002s)是 足以致动所述乳液。照片的流量是标准的 35 毫米。尼康 f2 单反相机，电机膜提 前的 f2855 毫米的平焦微距镜头。平摄像头基座，使自动曝光和显影的电影有 一个真正的精神水平，这是随后的分析所依据的。最后的照明平面上的宽度，以便测量其在胶片上的图像的宽度的测量可用于计算 M 的对象 /所需的最终速度的 计算的图像的放大倍率。 条纹分析 双重曝光膜的流量上捕获的位移场确定的点，逐点通过测量由相交的探头的激光束的远场中产生的衍射条纹的间距和取向，因为在典型的相当大的噪声本PIV 条纹（图 2），并且由于所需的测量点（ 50-500）的典型的大量的，它是必要的自动化分析条纹。一个低功率（ 1mW）的氦氖激光器，用来照亮安装在手动 X， Z 载物台允许探针激光束，以在任何一点上相交的膜曝光和显影，负片。f2 的一个 50 毫米尼康相机镜头投射的功率谱的薄膜上的小的照明区域的摄像管的十字 LDH402 室内摄像机条纹数字化到一个数组中的 6464 的强度值与一个8
