【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及三维成像，具体涉及一种原位诊断聚变等离子体中发光事件的三维成像相机系统。
技术介绍
1、在磁约束核聚变装置的等离子体中存在着大量的可见光发光事件，利用具有两条独立并有重叠视场的光路结构组成的三维成像相机系统可以对发光事件进行监测、追踪和研究。根据产生此类事件的起源，可以将其分为两类：第一类是装置内原有粒子消融产生的发光事件，比如：燃料再循环、韧致辐射、灰尘消融云(俗称“ufos”)、丝状结构、极向非对称性辐射；第二类是由注入粒子与等离子体相互作用而产生的发光事件，比如：弹丸注入、补充送气、超声分子注入、示踪杂质注入、灰尘注入等。使用三维成像相机系统对上述两类等离子体发光事件进行观测和分析，可以获得湍流输运、灰尘动力学、杂质输运、弹丸消融及加料效率等丰富的物理特性信息，为开展未来聚变堆的先进等离子体运行及控制、偏滤器热流缓解、氘氚聚变等研究发挥重大作用。同时，随着数码相机功能的日益强大，高速相机在航空航天、军工、医疗、运动、气象等领域的应用越来越普遍，通过对相关物理现象的可视化研究，获得了众多创新性实验结果。
2、根据中国环流器二号a(hl-2a)和中国环流3号(hl-3)装置的工程目标和物理实验规划，开展近堆芯磁约束核聚变物理与工程技术集成研究、先进偏滤器位形物理与技术、高热负荷材料与部件测试、燃烧等离子体的先进运行模式和前沿物理探索是这两个托卡马克装置的重要历史使命。为此，需要在hl-2a/3装置发展多套基于高速cmos或ccd相机的三维可见光诊断系统，从而为装置的运行与安全监测、氘氚聚变反应产物监测
3、在当前聚变装置上，现有立体相机系统的两套光路均采用两个正交并具有重叠视场的玻璃窗口法兰进行布局，该布局对窗口法兰的要求十分苛刻，极难满足。同时考虑到当前系统布局导致的视场小，时空分辨率低等因素，这些均不利于三维成像相机系统在大型聚变装置的使用和大力推广。因此，考虑到现有立体相机系统的光学成像部件必须具有正交重叠视场且均需置于聚变等离子体真空腔室外的两点不足或缺点，本专利技术将设计一种原位诊断聚变等离子体中发光事件的新型三维成像相机系统。同时，该系统所形成的技术成果将会为更多的大型磁约束核聚变装置、核聚变先导堆及未来聚变堆的多种可见光诊断系统提供优化的设计方案或思路。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种原位诊断聚变等离子体中发光事件的三维成像相机系统，解决了现有立体相机系统的光学成像部件必须具有正交视场且均需置于聚变等离子体真空腔室外的两点问题。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、一种原位诊断聚变等离子体中发光事件的三维成像相机系统，包括：两套可见光成像子系统、真空管道法兰和系统操作平台；
4、所述两套可见光成像子系统、真空管道法兰均设置于系统操作平台上，且所述两套可见光成像子系统的前端成像和光路传输端均通过真空管道法兰设置于等离子体聚变装置的真空腔室(1)中；
5、两套所述可见光成像子系统的结构相同，且均包括：前端成像组件、光路传输组件、成像采集组件以及三维重建组件；
6、所述前端成像组件、光路传输组件、成像采集组件以及三维重建组件顺次连接，所述前端成像组件作为可见光成像子系统的数据采集端，且所述前端成像组件设置于等离子体聚变装置的真空腔室(1)中，所述成像采集组件以及三维重建组件均设置于系统操作平台上。
7、在一种可能的实施方式中，所述前端成像组件包括仓内物镜(3)，两套可见光成像子系统的仓内物镜(3)均设置于等离子体聚变装置的真空腔室(1)中，且两套可见光成像子系统的仓内物镜(3)之间存在固定间隙。
8、在一种可能的实施方式中，两套可见光成像子系统的仓内物镜(3)所对应的视线夹角α大于15°。
9、在一种可能的实施方式中，两套成像光纤束(4)和中继镜(5)均置于φ100真空管道内，以实现三维成像及其图像重建分析，并将实验对窗口法兰的需求由至少2个cf100降低至1个，实验成本降低50％。
10、在一种可能的实施方式中，所述仓内物镜(3)上同时设置有前置光瞳和1片易替换的保护透镜。
11、在一种可能的实施方式中，所述光路传输组件包括成像光纤束(4)以及中继镜(5)；
12、针对任一可见光成像子系统，其成像光纤束(4)置于等离子体聚变装置的真空腔室(1)中，且成像光纤束(4)的前端与仓内物镜(3)连接，其成像光纤束(4)的尾端与中继镜(5)的输入端连接，且所述中继镜(5)的输出端连接至成像采集组件；所述成像光纤束(4)以及中继镜(5)的前端部分设置于真空管道法兰中。
13、在一种可能的实施方式中，所述真空管道法兰(9)包括真空管道以及真空窗口法兰；
14、所述真空管道设置于系统操作平台上，且所述成像光纤束(4)以及中继镜(5)的前端部分设置于真空管道内，所述真空窗口法兰设置于真空管道上，且所述真空窗口法兰将中继镜(5)分割为腔内透镜组以及腔外透镜组，中继镜具备光学准直、光束耦合、真空隔离和通光量调节四项功能。
15、在一种可能的实施方式中，所述所有透镜(5)的光学透过率均要求达到99.5％，光路系统的总畸变率小于2％。
16、在一种可能的实施方式中，所述成像采集组件包括高速相机(6)以及磁屏蔽盒(7)；
17、两套可见光成像子系统分别独享两个磁屏蔽盒(7)，且两套所述可见光成像子系统的高速相机(6)均设置于磁屏蔽盒(7)内，所述高速相机(6)的数据采集端与中继镜(5)的输出端连接，所述高速相机(6)的数据输出端与三维重建组件连接。
18、在一种可能的实施方式中，所述三维重建组件包括高性能计算机(8)和数字图像处理代码(不属于本专利技术范围)，两套所述可见光成像子系统的计算机(8)均设置于系统操作平台上，且所述计算机(8)的数据接口与高速相机(6)的数据输出端连接。
19、在一种可能的实施方式中，所述系统操作平台包括系统操作台面(11)以及两个可调节支架(10)；
20、两个所述可调节支架(10)的一端均设置于系统操作台面(11)上，其中一个可调节支架(10)的另一端设置于真空管道上，另一个可调节支架(10)的另一端设置本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种原位诊断聚变等离子体中发光事件的三维成像相机系统，其特征在于，包括：两套可见光成像子系统、真空管道法兰和系统操作平台；
2.根据权利要求1所述的原位诊断聚变等离子体中发光事件的三维成像相机系统，其特征在于，所述前端成像组件包括仓内物镜(3)，两套可见光成像子系统的仓内物镜(3)均设置于等离子体聚变装置的真空腔室(1)中，且两套可见光成像子系统的仓内物镜(3)之间存在固定间隙。
3.根据权利要求2所述的原位诊断聚变等离子体中发光事件的三维成像相机系统，其特征在于，两套可见光成像子系统的仓内物镜(3)所对应的视线夹角α大于15°。
4.根据权利要求2所述的原位诊断聚变等离子体中发光事件的三维成像相机系统，其特征在于，两套成像光纤束(4)和中继镜(5)均置于真空管道内，以实现三维成像及其图像重建分析，并将实验对窗口法兰的需求由至少2个CF100降低至1个，实验成本降低50％。
5.根据权利要求2所述的原位诊断聚变等离子体中发光事件的三维成像相机系统，其特征在于，所述仓内物镜(3)上同时设置有前置光瞳和1片易替换的保护透镜。
...【技术特征摘要】
1.一种原位诊断聚变等离子体中发光事件的三维成像相机系统，其特征在于，包括：两套可见光成像子系统、真空管道法兰和系统操作平台；
2.根据权利要求1所述的原位诊断聚变等离子体中发光事件的三维成像相机系统，其特征在于，所述前端成像组件包括仓内物镜(3)，两套可见光成像子系统的仓内物镜(3)均设置于等离子体聚变装置的真空腔室(1)中，且两套可见光成像子系统的仓内物镜(3)之间存在固定间隙。
3.根据权利要求2所述的原位诊断聚变等离子体中发光事件的三维成像相机系统，其特征在于，两套可见光成像子系统的仓内物镜(3)所对应的视线夹角α大于15°。
4.根据权利要求2所述的原位诊断聚变等离子体中发光事件的三维成像相机系统，其特征在于，两套成像光纤束(4)和中继镜(5)均置于真空管道内，以实现三维成像及其图像重建分析，并将实验对窗口法兰的需求由至少2个cf100降低至1个，实验成本降低50％。
5.根据权利要求2所述的原位诊断聚变等离子体中发光事件的三维成像相机系统，其特征在于，所述仓内物镜(3)上同时设...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄治辉，王威策，弋开阳，吴娜，何钰，严龙文，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：发明
国别省市：
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