一种仿生鱼摆尾的压力场测量装置与方法制造方法及图纸
Device and method for measuring pressure field of a bionic fish tail.
Device and method for measuring pressure field of a bionic fish tail, comprising a transparent glass steel tank, high energy laser, D type cylindrical lens. The interior of a transparent glass steel tank PIV tracer particles distributed uniformly, bionic fish tail swing mechanical drive PIV tracer particle motion in the water tank, resulting in displacement. The operation frame is fixed in the transparent FRP flume. The operation rack is connected with the dorsal fin of the mechanical bionic fish through a telescopic mechanical arm. It has a miniature pressure sensor and a CCD camera on the side of the operation rack. The CCD camera connects with the post-processing system. High energy lasers are installed outside the transparent glass FRP tank. One side of the plane of point source in high energy laser generated through D column lens, after refractive surface side of the generated surface light source, surface light source through the transparent glass steel tank midline irradiation in mechanical bionic fish plane, the plane of the PIV tracer particles are illuminated, which was captured by CCD camera. The invention can be obtained from the PIV velocity field data obtained by the instantaneous pressure field, pressure monitoring points of micro pressure sensor, as a reference point for solving the pressure control volume method, can obtain the pressure field of fish tail accurately generated.
【技术实现步骤摘要】
一种仿生鱼摆尾的压力场测量装置与方法
本专利技术涉及仿生鱼压力场测量
，特别是一种仿生鱼摆尾的压力场测量装置与方法。
技术介绍
如何获取鱼类游泳行为所产生的流场一直是鱼类保护研究者们所关注的问题。但是活鱼在自由游泳时，位置往往不易捕捉，而仿鱼机器人是参照鱼类的游动推进机理，利用机械和电子手段以及功能材料来模拟鱼游动作，因而国内外研究者们往往通过模拟仿生鱼所产生的流场来代替。粒子图像测速技术(PIV)能在同一瞬态下记录大量空间点上的速度分布信息，并可提供丰富的流场空间结构及流动特性，由于其非侵入、瞬时、全场的测量方式，弥补了超声多普勒流速仪(ADV)、激光多普勒测速仪(LDV)等这些单点、接触测量仪器的缺点，能够获取精度更高的流场，故而备受青睐。用PIV技术研究鱼仿生鱼的流场也成为研究热点。压强作为重要的水力因子，是分析流体内部受力的主要因素，而鱼类运动时，在水中产生的力是不可直接测量的。传统的压力测量装置，例如压力传感器、测压管等压强测量技术，都或多或少的存在接触式、非瞬时、有限点这三个方面的缺陷。由于PIV弥补上述的不足，因此如何从PIV所测的速度场数据中...
【技术保护点】
一种仿生鱼摆尾的压力场测量装置，包括透明玻璃钢水槽（1），高能激光器（8）、D型柱透镜（9），其特征在于：所述透明玻璃钢水槽（1）内部均匀布撒PIV示踪粒子（2），机械仿生鱼（6）的尾部摆动时带动水槽内的PIV示踪粒子（2）运动，产生位移；操作架（3）固定在透明玻璃钢水槽（1），操作架（3）通过可伸缩式机械臂连接机械仿生鱼（6）的背鳍，操作架（3）设有微型压力传感器（4），其压力感应元件伸入水体中，用于监测压力值；操作架（3）一侧设有CCD摄像机（5），CCD摄像机（5）连接后处理系统（7）；透明玻璃钢水槽（1）外部设有高能激光器（8）；高能激光器（8）产生的点光源穿过D型...
【技术特征摘要】
1.一种仿生鱼摆尾的压力场测量装置，包括透明玻璃钢水槽（1），高能激光器（8）、D型柱透镜（9），其特征在于：所述透明玻璃钢水槽（1）内部均匀布撒PIV示踪粒子（2），机械仿生鱼（6）的尾部摆动时带动水槽内的PIV示踪粒子（2）运动，产生位移；操作架（3）固定在透明玻璃钢水槽（1），操作架（3）通过可伸缩式机械臂连接机械仿生鱼（6）的背鳍，操作架（3）设有微型压力传感器（4），其压力感应元件伸入水体中，用于监测压力值；操作架（3）一侧设有CCD摄像机（5），CCD摄像机（5）连接后处理系统（7）；透明玻璃钢水槽（1）外部设有高能激光器（8）；高能激光器（8）产生的点光源穿过D型柱透镜（9）的平面一侧，经过曲面一侧的折射，产生面光源，面光源穿透透明玻璃钢水槽（1）照射在机械仿生鱼（6）的中线所在平面，该平面的PIV示踪粒子（2）被照亮，从而被CCD摄像机（5）所捕捉到。2.根据权利要求1所述一种仿生鱼摆尾的压力场测量装置，其特征在于：所述机械仿生鱼（6）包括：鱼体轮廓（a）、鱼尾（b）、电池（c）、微型处理器程控芯片（d）、上部线圈（e）、下部线圈（f）、条形磁铁（g）；在鱼体轮廓（a）内设有上部线圈（e）、下部线圈（f），其对称分布于鱼体后部的两侧，鱼体的下方设有电池仓，其中装有电池（c），电池（c）的正、负极由导线与微型处理器程控芯片（d）连接，微型处理器程控芯片（d）输出端分别连接上部线圈（e）、下部线圈（f），两个线圈的中间设有一个可以摆动的条形磁铁（g），条形磁铁（g）与伸出鱼体轮廓（a）的鱼尾（b）相连。3.根据权利要求1所述一种仿生鱼摆尾的压力场测量装置，其特征在于：所述透明玻璃钢水槽（1）为四周透明的矩形玻璃钢水槽。4.根据权利要求1所述一种仿生鱼摆尾的压力场测量装置，其特征在于：所述PIV示踪粒子（2）为粒径为10μm、密度1.02g/cm-3的空心玻璃粒子。5.根据权利要求1所述一种仿生鱼摆尾的压力场测量装置，其特征在于：所述CCD摄像机（5）采用Mikrotron公司的MC1311型高速摄影机，在1024×512的分辨率下以1000Hz的频率，进行自上而下垂直拍摄水槽内PIV示踪粒子（2）的运动。6.根据权利要求1所述一种仿生鱼摆尾的压力场测量装置，其特征在于：所述高能激光器（8）连接激光供电器（10），高能激光器（8）在激光供电器（10）的持续供电下产生的点光源。7.采用如权利要求1-6所述任意一种一种仿生鱼摆尾的压力场测量装置的仿生鱼摆尾的压力场测量方法，其特征在于：CCD摄像机（5）获取的视频通过后处理系统（7）进行分析，从而获取瞬时速度场；获取的速度场包括拍摄区域的空间坐标X、Y以及各方向的速度分量u、v；从测量的速度场数据中获取压力场，其基本原理是通过求解N-S的变形形式即可获取压力场。8.采用如权利要求1-6所述任意一种一种仿生鱼摆尾的压力场测量装置的仿生鱼摆尾的压力场测量方法，其特征在于：将计算区域划分为一系列的不重复的控制体积，在控制体积上通过离散微分方程进行求解；同理，在PIV的图像处理系统中，往往是将图像分解为若干个大小相等的矩形区域，该区域称为查问区，PIV计算的速度数据，存放于查问区的中心，这恰好与同位网格十分相似，只是查问区的中心只有速度值，没有压力值，因此可以通过离散N-S方程来获取压力值；N-S方程如下所示：在简化过程中，忽略质量力的影响，故上面两式写成：
【专利技术属性】
技术研发人员：胡晓，余英俊，石小涛，张永年，洪亮，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。