專利名稱：組合式體視適配器的制作方法
技術領域：
本實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，是一種用于數字式體視粒子圖象測速系統中的重要組件，屬于粒子圖象測速系統中的一種。
背景技術：
隨著科技的發展，相機技術的日益改進，大部分的相機，不僅僅是滿足人們日常生活的需要，而是被廣泛的運用到工業、科研、測量等各行各業之中。例如在現有的數字式體視粒子圖像測速系統中，就需要用于體視的高精度的相機，但是，相機的質量再好，如果不能很好的調節、使用，不能用于體視觀測中，也同樣得不到精確的實驗數據，所以，如何研制出一款適用于體視的高精確度、使用、調節方便的相機適配器成為本領域技術人員的主要課題。
目前，人們在使用改裝為體視相機進行調整時，通常是通過人體的手部進行前后、左右的移動，這樣就不能精確的判斷相機朝一個方向水平移動的位移，以及相機旋轉移動的角度，使調整不易達到要求，所以，這給人們的實驗、測量帶來一定的不便。
本實用新型的發明人經過長期的實驗，終于研發出一款能平移/角移的體視適配器。
發明內容
本實用新型的發明目的在于提供一種結構簡單、使用、調節方便的體視適配器。
為實現上述發明目的，本實用新型采用的技術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；一固定設置在底板3上面板的鏡頭架1，用于固定相機的鏡頭；一可旋轉的設置在底板3底部的第一精密旋轉臺4，用于調節鏡頭平面與物平面之間的角度；一設置在鏡頭架1一側的CCD陣列機體架5，用于固定數字相機陣列芯片機體；一設置在鏡頭架1與CCD陣列機體架5之間的伸縮腔2，用于調節鏡頭和CCD陣列機體之間的可調移動的暗室；一可旋轉的設置在CCD陣列機體架5底部的精密平移臺6，用于調節鏡頭和CCD陣列機體之間的錯動位移。
進一步，在該精密平移臺6的底部、可旋轉的設置用于調節鏡頭平面與數字芯片陣列平面之間角度的第二精密旋轉臺7。
該第一精密旋轉臺4由分厘卡驅動，最小刻度為0.01mm，分辨率為0.002mm，粗調范圍為360°，微調范圍為±10°，最小讀數為2′。
該第二精密旋轉臺7由分厘卡驅動，最小刻度為0.01mm，分辨率為0.002mm，粗調范圍為360°，微調范圍為±10°，最小讀數為2′。
該精密平移臺6由分厘卡驅動，最小刻度為0.01mm，分辨率為0.002mm，行程25mm，導軌為線性滾珠。
使用本實用新型的有益效果在于本實用新型結構簡單、使用方便，幫助在相機或CCD陣列機體在粒子圖象測速系統中獲得同一觀測區域(用二臺相機)的清晰圖像，得到精確的實驗數據。
圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2為本實用新型的使用狀態圖；圖3a為本實用新型體視適配器的平移布局示意圖；圖3b為本實用新型體視適配器的角移布局示意圖；圖4a為本實用新型體視適配器在TA-DSPIV系統以平移布局的DSPIV方式測量流場時示意圖；
圖4b為本實用新型體視適配器在TA-DSPIV系統以角移布局的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。
具體實施方式
下面通過具體實施方式
，加以附圖對本發明進行詳細描述。
平移/角移-數字式體視粒子圖象測速系統(TA-DSPIV系統)既可以用作平移布局的DSPIV，也可以用作角移布局的DSPIV進行測量的主要原因是采用了自行設計的組合式體視(成象)適配器(簡稱體視適配器)，此設備能夠靈活地調節CCD相機鏡頭與CCD陣列機體間的相對位置和角度，當體視適配器使鏡頭與CCD陣列機體間發生相對錯動時，TA-DSPIV系統便可按照平移DSPIV方式測量流場；體視適配器使鏡頭與CCD陣列機體間發生相對轉動時，TA-DSPIV系統便成為了角移DSPIV系統。因而本體視適配器是體視粒子圖象測速系統(SPIV)中的關鍵設備。
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；一固定設置在底板3上面板的鏡頭架1，用于固定相機的鏡頭；一可旋轉的設置在底板3底部的第一精密旋轉臺4，用于調節鏡頭平面與物平面之間的角度；一設置在鏡頭架1一側的CCD陣列機體架5，用于固定數字相機陣列芯片機體；一設置在鏡頭架1與CCD陣列機體架5之間的伸縮腔2，用于調節鏡頭和CCD陣列機體之間的可調移動的暗室；一可旋轉的設置在CCD陣列機體架5底部的精密平移臺6，用于調節鏡頭和CCD陣列機體之間的錯動位移。為了更好的進行測量，進一步在該精密平移臺6的底部、可旋轉的設置用于調節鏡頭平面與數字芯片陣列平面之間角度的第二精密旋轉臺7。
其中，上述的設置可以采用焊接、螺接、栓接固定等，鏡頭架1可以焊接在底板3的面板上；第一精密旋轉臺4可以螺接在底板3的底部；CCD陣列機體架5可以栓接在鏡頭架1的一側；伸縮腔2可以焊接在鏡頭架1與CCD陣列機體架5之間；精密平移臺6可以螺接在CCD陣列機體架5的底部；第二精密旋轉臺7可以螺接在精密平移臺6的底部。
其中，該第一精密旋轉臺4由分厘卡驅動，最小刻度為0.01mm，分辨率為0.002mm，粗調范圍為360°，微調范圍為±10°，最小讀數為2′。
該第二精密旋轉臺7由分厘卡驅動，最小刻度為0.01mm，分辨率為0.002mm，粗調范圍為360°，微調范圍為±10°，最小讀數為2′。
該精密平移臺6由分厘卡驅動，最小刻度為0.01mm，分辨率為0.002mm，行程25mm，導軌為線性滾珠。
本實用新型的平移/角移組合式體視適配器在粒子測速系統中的使用狀態圖，如圖2所示。平移/角移組合式體視適配器是一種用于數字式體視粒子圖象測速系統中(DSPIV見圖2示意圖)的重要組件。它根據體視成像原理，將原有的數字相機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)的專用數字相機，如圖2中，合束器標為SSP；第一激光器標為Laser I、第二激光器標為Laser II；第一冷卻電源標為PCU I、第二冷卻電源標為PCU II；延時器標為DG535；第一體視適配器標為Adapter I、第二體視適配器標為Adapter II；第一圖像采集板標為20；第二圖像采集板標為21，激光片光為22，片光光路為23，照明粒子為24，第一模數轉換單元為25，第二模數轉換單元為26。由第一激光器Laser I和第二激光器Laser II(附屬設備第一冷卻電源PCU I和第二冷卻電源PCU II)發出的兩束激光脈沖通過激光合束器SSP使其完全重疊，再經過片光光路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分別用來調節第一跨幀數字圖像芯片CC I和第二跨幀數字圖像芯片CC II的成像，跨幀數字圖像芯片用來攝取粒子圖像，這些圖像經由第一模數轉換單元25、第二模數轉換單元26以及第一圖像采集板20、第二圖像采集板21存儲在計算機里。延時器DG535用來控制兩臺激光器分別發出的兩個激光脈沖的延時和兩臺跨幀數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，用兩臺平行設置的第一跨幀數字圖像芯片CC I和第二跨幀數字圖像芯片CC II進行觀測，其中，物面(激光片光)為觀測面III、相機透鏡面IV和圖像面為紀錄面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和紀錄面V不但不在同一軸線上，而且三者之間有夾角。根據物像要保證在紀錄面聚焦成像清晰，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，體視適配器通過調節精密平移臺6平移鏡頭軸線與CCD陣列機體軸線的相對位置(ΔD)，保證兩臺相機的拍攝范圍(觀測區域)相同。
如圖4b所示，體視適配器在TA-DSPIV系統以角移布局的DSPIV方式測量流場時(見圖3b)，首先調節第一精密旋轉臺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)，然后調節第二精密旋轉臺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)。
為保證紀錄的整個圖像都能夠聚焦于陣列紀錄芯片平面上，即經由體視適配器的方便調整，達到物平面(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O。最后調節精密平移臺6使陣列芯片V相對于鏡頭平面IV發生錯動ΔD，保證鏡頭中心線OL1OL2與陣列芯片中心線OC1OC2相交，保證左右兩臺相機拍攝的觀測區域重合。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域放大率是均勻的。
附根據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的范圍及關系。可見表(1)和表(2)。表中M＝tgα/tgθ為調節參量。
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；一固定設置在底板(3)上面板的鏡頭架(1)，用于固定相機的鏡頭；一可旋轉的設置在底板(3)底部的第一精密旋轉臺(4)，用于調節鏡頭平面與物平面之間的角度；一設置在鏡頭架(1)一側的CCD陣列機體架(5)，用于固定數字相機陣列芯片機體；一設置在鏡頭架(1)與CCD陣列機體架(5)之間的伸縮腔(2)，用于調節鏡頭和CCD陣列機體之間的可調移動的暗室；一可旋轉的設置在CCD陣列機體架(5)底部的精密平移臺(6)，用于調節鏡頭和CCD陣列機體之間的錯動位移。
2.根據權利要求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、可旋轉的設置用于調節鏡頭平面與數字芯片陣列平面之間角度的第二精密旋轉臺(7)。
3.根據權利要求1所述的組合式體視適配器，其特征在于，該第一精密旋轉臺(4)由分厘卡驅動，最小刻度為0.01mm，分辨率為0.002mm，粗調范圍為360°，微調范圍為±10°，最小讀數為2′。
4.根據權利要求2所述的組合式體視適配器，其特征在于，該第二精密旋轉臺(7)由分厘卡驅動，最小刻度為0.01mm，分辨率為0.002mm，粗調范圍為360°，微調范圍為±10°，最小讀數為2′。
5.根據權利要求1所述的組合式體視適配器，其特征在于，該精密平移臺(6)由分厘卡驅動，最小刻度為0.01mm，分辨率為0.002mm，行程25mm，導軌為線性滾珠。
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；一固定設置在底板上面板的鏡頭架，用于固定相機的鏡頭；一可旋轉的設置在底板底部的第一精密旋轉臺，用于調節鏡頭平面與物平面之間的角度；一設置在鏡頭架一側的CCD陣列機體架，用于固定數字相機陣列芯片機體；一設置在鏡頭架與CCD陣列機體架之間的伸縮腔，用于調節鏡頭和CCD陣列機體之間的可調移動的暗室；一可旋轉的設置在CCD陣列機體架底部的精密平移臺，用于調節鏡頭和CCD陣列機體之間的錯動位移。本實用新型結構簡單、使用方便，將普通相機或CCD陣列相機改裝成可用于體視測量中，并在粒子圖象測速系統(用左右二臺相機)中獲得同一觀測區域的清晰圖像，得到精確的實驗數據。
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 優先權日2005年8月11日
發明者申功炘 申請人:北京航空航天大學