Zemax的PIV立体照明光路的设计研究

摘要流场信息的获取是流体研究重要内容之一，与传统的接触式单点测量不同，粒子图像测速技术（Particle Image Velocimetry）可以无扰地获取全场瞬间的流动信息。这对于研究流体结构非常有益，已经成为流场测量技术领域的研究重点。87506

层析粒子图像测速技术（Tomographic PIV)在粒子图像测速技术中具有显著的优越性，本文介绍了PIV的发展过程和主要原理，并对立体照明部分进行了重点研究。为了得到照明重建区域横截面为矩形的立体光场。本文利用鲍威尔棱镜进行X轴方向扩束，对Y轴的扩束利用两种扩束方法：一种是基于开普勒结构的扩束系统，另一种是利用多棱镜组合进行扩束。验证过程先使用Zemax光学设计软件进行理论模拟，并进行实验验证。根据理论公式分别讨论了棱镜扩束时的能量损失和扩束比与棱镜顶角的关系。最后利用Solidworks软件进行光路部分的机械结构设计。

毕业论文关键词层析粒子图像测速立体照明光路 Zemax光学设计鲍威尔棱镜棱镜扩束

毕业设计说明书外文摘要

Title The Study on The Volume Illumination of The Particle Image Velocimetry

Abstract The measurement of flow filed information is of great significant of fluid research。 Unlike traditional single point measurement in a contact way, Particle Image Velocimetry can obtain instantaneous flow information of the whole fluid field in a non-contact way。 This is very beneficial for the research on fluid structure and has become a research focus in the field of flow field measurement 。

Tomographic Particle Image Velocimetry has significant advantages in the PIV technology。 This paper introduces the development process and the main principle of PIV, especially the illumination part of the PIV。 For having a rectangle lighting field of the reconstruction area, the paper uses Powell prism to expand the light on the X axis direction, uses the combination of double plane convex lens or the combination of six prism, respectively, to expand the light on the Y axis。 The paper uses Zemax software for the theoretical simulation, and experimental verification on the simulation。 According to the theory formula of prismatic beam expander, the relationship between the energy loss and the ratio of beam expander with prism structure were discussed。 In view of the illumination part is complex, finally using Solidworks software for the design of mechanical structure。

Keywords Tomographic Particle Image Velocimetry, volume illumination, Powell prism, prism beam expanders

1 引言 1

1。1 PIV技术研究背景 1

1。2 三维PIV技术 2

1。3 层析PIV技术 5

1。4 本论文的主要工作 6

2 三维PIV立体照明技术 7

2。1 基于伽利略结构的立体照明系统 7

2。2 双程立体照明系统 7

2。3 多程立体照明系统 8

2。4 本章小结 9

3 基于开普勒结构的立体照明系统 10

3。1 Zemax光学设计 10

3。2 一维扩束模型设计 10

3。3 基于开普勒结构的扩束实验 14

3。4 本章小结 15

4 基于棱镜组合的立体照明系统设计 16

4。1 单棱镜扩束 16

4。2 多棱镜组合扩束 18

4。3 多棱镜组合扩束实验 20

4。4 多棱镜组合扩束的机械设计 23

4。5 棱镜优化的设计 21 Zemax的PIV立体照明光路的设计研究:http://www.youerw.com/wuli/lunwen_138811.html