PIV系统测量误差的评价方法研究.docx

PIV系统测量误差的评价方法争论

岳廷瑞;张逊;刘垒;梁磊;朱本华

【摘要】通过解决高速高精度的转速掌握、安全性掌握等技术问题研制了PIV基准速度场系统,最高速度达200m/s,且到达了可用于对PIV系统标定的误差要求;介绍了利用基准速度系统对PIV测量误差评价的试验方法,解决了示踪粒子模拟、体激光投射的PIV测量方法等关键技术问题,并完整地介绍了试验的流程;通过PIV系统误差来源分析、速度基准系统不确定度分析以及PIV测量结果分析等完整的介绍了数据分析的方法与流程,得到了1套PIV设备的误差标定结果.

【期刊名称】《计算机测量与掌握》

【年(卷),期】2023(026)012

【总页数】5页(P255-259)

【关键词】PIV;测量误差;评价

【作者】岳廷瑞;张逊;刘垒;梁磊;朱本华

【作者单位】中国空气动力争论与进展中心,四川绵阳621000;中国空气动力争论与进展中心,四川绵阳621000;中国空气动力争论与进展中心,四川绵阳621000;中国空气动力争论与进展中心,四川绵阳621000;中国空气动力争论与进展中心,四川绵阳621000

【正文语种】中文

【中图分类】TP96

引言

PIV速度场测量的精准度，是衡量试验结果优劣的最根本依据，是型号单位和试验单位必需面对和关心的问题。PIV结果的精准度受制于很多因素，包括硬件设备、粒子投放、相互关算法、光学环境等，必需综合考虑。一般来讲，PIV生产厂家在售出仪器前就已经对其进展了系统标定,并提出了一个速度精准度的阅历指标，但由于各自算法的差异，还没有一个普遍的通用准则消灭。实际应用状况的测试误差要比抱负环境大的多，因此具体应用之前，首先应当对其测试精准度进展分析。针对具体的测试对象，除了进展严格的标定和合理使用恰当的粒子外，使用基准速

度场获得的精准度可以集中反映相机聚焦、激光片光质量、图像预处理、参数设置、噪声消退技术等对测试结果的影响程度。基准速度场大体分为两类：一是利用计算机模拟生成基准流场争论测量结果误差；另外一种是承受一些不行压缩定常流作为基准速度场，对实际PIV系统测量误差进展估量和分析。无论何种方法，基准速

度场都是PIV系统误差试验评价的关键问题。

国外由GartEur、EUROPIV、PivNet组成的联合机构从2023年开头组织了PIV算法的挑战赛,通过各家争论机构对一样的真实及合成PIV图像的分析来实现对算法的比较,比照结果精度和计算效率，以期实现对算法的优化和改进。到目前为止还没有消灭一种算法能让争论者公认为最优。2023年以来，ITTC(国际拖曳水池大会)和HTA(水动力学试验联盟)前后启动了水动力学领域的基准流场争论工作，分别初步提出了二维和三维基准流场的设计方案，但结果相差较大，目前还未有统一标准。

2023年，董明哲[1]等人利用匀速转动圆盘上粒子的反射光模拟流场中示踪粒子散射光实现基准速度场，建立了一套二维PIV系统的精准度评价系统，但装置比较简洁，其测量速度只有8m/s。2023年马政[2]等提出了基于DSP处理技术的高精

度速度标准源设计方案，但其稳定性有待提高。2023年程素斌[3]等人探究了水中

PIV试验测试流场与CFD模拟结果的校核方法，给出了基准模型四周流场结果。

随着定量流淌显示与测量技术的地位越来越重要，有必要建立一套标准速度场装置，对测量误差的评价方法进展深入争论。

本工程的目标是研制PIV基准速度场系统、建立PIV系统测量误差的评价方法，实现PIV系统实际测量误差的标定，为试验数据结果供给依据。

PIV基准速度场系统研制

如图1所示，高精度PIV基准速度场装置[4]主要由基座、电机、同步带(轮)、镗头、刀柄、转盘、保护罩等组成。高速电机通过同步带轮将动力传递到镗头上，带动安装在刀柄上的转盘旋转。转盘圆周面上布满近似随机分布的粒子，粒子的线速度即为PIV可测量速度。通过速度计算值与PIV测量值比照分析，即可评价PIV速度测量误差。

图1基准速度场装置构造图

主要通过以下技术途径保证高精度的转速掌握：

优化的系统设计确保传动比为1：1，使得转盘所需转速即是电机转速。系统的胀紧套装配受力后弹性变形与电机轴、左同步轮联结为一体，同时实现轴向、周向定位锁紧。依照节矩越小，传动精度越高，中心距越短，则允许传动速度越高的原则，确定同步轮(带)的节矩与中心距，齿形选择弧齿，同步带材料选用橡胶。转盘直径0.5m，加工精度掌握在±0.05mm以内。

承受先进的基于PC的掌握技术和高速以太网总线EtherCAT技术相结合的整体

掌握系统解决方案。掌握系统承