一种多视角投影有序阵列偏折成像系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种多视角投影有序阵列偏折成像系统，包括反射镜、空间滤波器、激光源、透镜、光束分束器、光栅、毛玻璃屏、高速摄像系统和光束，所述空间滤波器设置在所述激光源和布置在最上端的透镜之间，所述光束分束器设置在空间滤波器和最上端的透镜的下方，所述光束分束器包含多个分光光楔，所述光束分束器设有位置调整旋钮，所述反射镜设有一个调整机构，所述光栅设置在激光源的下方，在光栅的下方设有所述毛玻璃屏，在毛玻璃屏的下方设有高速摄像系统。本实用新型专利技术克服了现有分光路系统需要多组成像元件和多台CCD摄像装置、难于保证光路严格复制等缺陷，通过投影阵列偏折仪，在CCD单幅图像上完成即时6方向投影有序阵列可视化，实现多视角、同时、同光路条件采样，对全周期脉动燃烧流场进行显示和动态采样。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于激光技术应用领域，具体涉及一种多视角投影有序阵列偏折成像系统。
技术介绍
脉动燃烧是当代先进的非常规燃烧技术，它是指在燃烧和声脉动相互激励和反馈的条件下，温度、压力、气流速度及热释放率等状态参数随时间周期性波动的一种特殊的不稳定燃烧过程。脉动燃烧具有燃烧强度高、传热效率高、低NOx排放等常规稳燃无可比拟的优势，对于节约能源、控制污染物排放、研宄高效动力机械等具有重要意义，因而受到了美国、日本、中国和欧洲多国的高度重视。然而其燃烧机理、燃烧特性、应用技术的研宄同样受制于流场结构、参量分布、燃烧过程的定量测量和精确描述。近几十年来，结合光学与激光技术、计算机技术、电子技术、信息处理技术而产生的粒子图像测速技术(PIV)、激光诱导荧光技术(LIF)、激光全息干涉技术(LIH)、激光一超声技术(LUM)、相干反斯托克斯喇曼散射(CARS)等新一代流场显示与测量方法蓬勃发展，从而使复杂流动的研宄取得突破性进展，这其中具备非接触测量、多参量分析、定量计算等特质的光学计算层析(Computed Tomography (CT))技术已成为复杂流场测试领域的有力工具。光学CT (干涉CT、光偏折CT等)利用激光光波作为信息敏感器，获取光线通过被测流场多方向的投影数据反演二维乃至三维分布。相比于干涉CT，光偏折CT具有对光源要求不高、抗干扰能力强、光路简单易调等优点。更为重要的是，对于高温、高速、非稳态相位流场，光偏折成像的低敏感性使它具备了宽广的动态测试范围，成为其测量复杂流场的显著优势。现有技术方案光偏折CT理论发展和实际应用的关键技术主要有两方面:其一是复杂流场多方向投影数据的获取，其二是由投影信息重建场分布。现有光偏折CT通过投影采样、投影信息提取、重建计算等流程可以实现燃烧流场二维乃至三维分布。光偏折CT的成像采样燃烧流场多方向光偏折成像的获取是实现流场三维结构呈现和参量定量测量的首要条件。基于光线偏折原理测量的成像方法主要有纹影法和叠栅法。在最新的研宄中，基于背景导向纹影法(BOS)的光偏折CT流场测量不断取得突破，Masanori等人分别使用色带图背景纹影(SPBOS) CT和彩色网格背景纹影(CGBOS)CT实现了超音速流场的定量密度测量，赵玉新和田立丰等人也分别使用BOS进行了复杂气动流场测量。然而，Miranda等人通过分析和实验证明，在流场测量中条纹偏折法(FD)比BOS具有更高的测量精度，并且对应更少的数学处理。因此对于复杂的非对称湍流流场测量，叠栅层析是更可胜任的方法。在叠栅投影采样中，旋转扫描法光路简单、采样范围可控，并可实现全场视角采样，我们之前已将其应用于发热元件生成的非对称温度场和风洞中高速激波密度场测量。另一种分光路法能够实现多方向投影同时采集，可以对复杂的瞬态流场进行记录和测量。Floyd等人和高益庆教授的团队基于该思想分别开展了化学发光CT(CTC)和发射光谱层析(EST)流场测量。对于脉动燃烧等具有固定频率的振荡燃烧过程，现有光偏折CT 二维乃至三维的稳态和瞬态测量，无法实现脉动燃烧湍流结构的实时显示和参量分布周期变化的定量描述，光偏折CT的关键方法亟待发展。(I)光偏折CT的成像采样该方案采用固定被测流场旋转光路系统(或固定光路系统旋转被测流场)的方法获取不同视角的投影条纹，但此方法的缺陷是无法真正实现对同一流场过程的同时采样，因此只适用于过程近似稳定且可重复的流场测量。分光路法的能够实现多方向投影同时采集，但将该原理应用于光偏折CT时，不仅需要多台CCD摄像装置并增加相应的成像元件，而且很难保证光路严格复制，从而增大测量误差。因此，现有的光偏折CT投影获取方法无法满足诸如脉动燃烧等非稳态复杂流场的采样要求，直接影响了光偏折CT在复杂流场测量领域的实用化。另一方面，脉动燃烧具有周期性的湍流结构和参量分布变化，这一重要的燃烧过程特性也对光偏折CT的投影采样提出了更高的要求。
技术实现思路
本技术克服现有技术的不足，提出了一种多视角投影有序阵列偏折成像系统，所述方法克服了现有分光路系统需要多组成像元件和多台CCD摄像装置、难于保证光路严格复制等缺陷，在CCD单幅图像上完成即时6方向投影有序阵列可视化，实现多视角、同时、同光路条件采样，对全周期非稳态脉动燃烧流场进行显示和动态采样。本技术的技术方案为:一种多视角投影有序阵列偏折成像系统，包括反射镜、空间滤波器、激光源、透镜、光束分束器、光栅、毛玻璃屏、高速摄像系统和光束，所述反射镜、空间滤波器、激光源、透镜、光束分束器、光栅、毛玻璃屏、高速摄像系统均在一个空间平面上，所述空间滤波器设置在所述激光源和布置在最上端的透镜之间，所述光束分束器包含多个分光光楔，所述光束分束器设置在空间滤波器和最上端的透镜的下方，所述光束分束器设有位置调整旋钮，所述反射镜设有一个调整机构，所述光栅设置在激光源的下方，在光栅的下方设有所述毛玻璃屏，在毛玻璃屏的下方设有高速摄像系统。氦氖激光源发出激光，经过空间滤波器扩束、滤波，经过透镜后，成为直径3?5cm的平行光束。调整六个光束分束器，分光光楔为半透半反镜，调整三个平面反射镜，将平行光束分成角度为10°、30°、55° UOO0、136°和152°的六条光束通过被测流场，并发生微小偏折，再由10个平面反射镜将六条光束调整成为3 (列)X2 (行)的同轴光束，通过2片尺寸为178X 178mm平行放置的Ronchi光栅，在光栅后的毛玻璃屏上，将形成3 (列)X 2(行)的莫尔条纹阵列，使用分辨率为1024X768的CCD摄像机(C)，可以采集到动态的光偏折投影(莫尔条纹)阵列图像。本技术的有益效果是:本技术克服了现有分光路系统需要多组成像元件和多台CCD摄像装置、难于保证光路严格复制等缺陷，通过投影阵列偏折仪，在CCD单幅图像上完成即时6方向投影有序阵列可视化，实现多视角、同时、同光路条件采样，对全周期非稳态脉动燃烧流场进行显不和动态米样。【附图说明】下面结合附图对本技术进一步说明。图1是本技术结构空间布置示意图；图中:1、反射镜；2、空间滤波器；3、激光源；4、透镜；5、分光光楔；6、光栅；7、被测流场；8、毛玻璃屏；9、高速摄像系统；10、光束。【具体实施方式】参见图1所示，本技术包括反射镜1、空间滤波器2、激光源3、透镜4、光束分束器、光栅6、毛玻璃屏8、高速摄像系统9和光束10，所述反射镜1、空间滤波器2、激光源3、透镜4、光束分束器、光栅6、毛玻璃屏8、高速摄像系统9均在一个空间平面上，光束分束器包括五个分光光楔5，然后依据下列步骤采集光偏折投影信息:I)针对被测流场7的结构特点，确定最佳的采样角度，使用光束分束器将扩束准直的由激光源3发出的激光束经过空间滤波器2后，进行二次分束，产生多条投射光束10，改变各光束10方向，形成精确可控的多视角探测光束，经过被测流场7 ;设计光学系统如图1所示，波长为632.Snm的氦氖激光源3发出激光，经过空间滤波器2扩束、滤波，经过透镜4后，成为直径3?5cm的平行光束。调整六个分光光楔5，分光光楔5为半透半反镜，调整三个平面反射镜1，将平行光束分成角度为10°、30°、55° UOO0、136°和15本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多视角投影有序阵列偏折成像系统，其特征是：包括反射镜、空间滤波器、激光源、透镜、光束分束器、光栅、毛玻璃屏、高速摄像系统和光束，所述反射镜、空间滤波器、激光源、透镜、光束分束器、光栅、毛玻璃屏、高速摄像系统在一个空间平面上，所述空间滤波器设置在所述激光源和布置在最上端的透镜之间，所述光束分束器包含多个分光光楔，所述光束分束器设置在空间滤波器和最上端的透镜的下方，所述光束分束器设有位置调整旋钮，所述反射镜设有一个调整机构，所述光栅设置在激光源的下方，在光栅的下方设有所述毛玻璃屏，在毛玻璃屏的下方设有高速摄像系统。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张斌，吴赵航，赵敏敏，梁尧，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：新型
国别省市：山东;37