[發明專利]一種基于光學差異性的多射流作用流場顯示裝置與方法

有效

• 申請號: 201610997547.2
• 申請日: 2016-11-11
• 公開（公告）號: CN106568575B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 張勇;朱靜;鐘文琪;金保昇
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 黃天天

1.一種基于光學差異性的多射流作用流場顯示裝置，其特征在于，所述的多射流作用流場顯示裝置包括待測量床體、紅外熱成像系統、X光成像系統、全光場成像系統和數據處理系統；

所述待測量床體由依次相連通的主流入口、加料段、錐段、整流器、流通段和旋風分離器組成，所述加料段的上方設置有加料器，所述流通段的兩側分別設置有射流管A和射流管B；

所述紅外熱成像系統包括極性粒子、加熱部分和紅外成像部分組成，所述紅外熱成像系統的加熱部分放置在待測量床體流通段射流管A或射流管B所在側，紅外熱成像系統的成像部分放置在待測量床體流通段的上側；

所述X光成像系統包括造影粒子、發光部分和接收部分，所述發光部分和接收部分分別放置在待測量床體流通段的兩側；

所述全光場成像系統包括固相顆粒、光源部分和光學成像部分，所述光源部分放置在待測量床體流通段射流管一側，成像部分放置在待測量床體流通段的上側；

所述數據處理系統分別與紅外熱成像系統、X光成像系統和全光場成像系統的成像部分相連，所述數據處理系統通過圖像處理獲得不同時刻和不同操作參數下極性粒子、造影粒子和固相顆粒的空間分布。

2.根據權利要求1所述的基于光學差異性的多射流作用流場顯示裝置，其特征在于，所述的紅外熱成像系統的加熱部分包括依次相連的微波發射器、波導管和磁控管，所述紅外成像部分包括相互連接的紅外廣角鏡頭和紅外熱成像儀組成，其中，所述極性粒子通過射流管A射入流通段，微波發射器的發射端制成狹縫狀，放置在射流管A或射流管B所在的流通段的側面，方向為與流通段垂直，可沿流通段平移；紅外廣角鏡頭放置在流通段的上側，鏡頭端垂直對準流通段；所述磁控管和紅外熱成像儀分別與數據處理系統相連。

3.根據權利要求1所述的基于光學差異性的多射流作用流場顯示裝置，其特征在于，所述的X光成像系統的發光部分包括X線管和準直器，所述X光成像系統的接收部分為X光檢測器，其中，造影粒子通過射流管B進入流通段；所述發光部分設置于射流管A或射流管B所在的流通段的側面，自X線管發出的X射線經過準直器后變成平行X線束，穿透流通段測量區域；X光檢測器設置在發光部分的對側，接受來自流通段衰減后的X射線。

4.根據權利要求1所述的基于光學差異性的多射流作用流場顯示裝置，其特征在于，所述的全光場成像系統的光源部分包括照明燈和片狀激光源，所述全光場成像系統的光學成像部分為一光場相機，其中，熒光粒子通過加料器與來自主流入口的主氣流混合，然后依次經過錐段和整流器，進入流通段；照明燈為2個，分別設置在流通段上側的邊緣處，光線射向中部；片狀激光源設置在與放置微波發射器的同一個平面上，源頭對準流通段；所述光場相機設置在流通段的上側，鏡頭正對著流通段。

5.根據權利要求1所述的基于光學差異性的多射流作用流場顯示裝置，其特征在于，所述的數據處理系統包括計算機，其中，所述計算機分別與紅外熱成像儀、X光檢測器和光場相機相連，所述計算機根據自動獲得的紅外熱圖像、X光片和可見光圖像，通過圖像處理，獲得不同時刻和不同操作參數下極性粒子、造影粒子和固相顆粒的空間分布。

6.根據權利要求1所述的基于光學差異性的多射流作用流場顯示裝置，其特征在于，所述流通段的上側和兩側面由藍寶石透紅外玻璃制成，下側面由有機玻璃制成。

7.根據權利要求1所述的基于光學差異性的多射流作用流場顯示裝置，其特征在于，所述極性粒子由碳化硅粉末制備而成，粒徑范圍在1~10μm之間。

8.根據權利要求1所述的基于光學差異性的多射流作用流場顯示裝置，其特征在于，所述造影粒子由硫酸鋇粉末制備而成，粒徑范圍在1~10μm之間。

9.根據權利要求1所述的基于光學差異性的多射流作用流場顯示裝置，其特征在于，所述固相顆粒為熒光粒子，所述熒光粒子通過熒光粉負載在活性炭顆粒上制備而成，粒徑為50~500μm。

10.一種利用權利要求1~9中任意一項所述的基于光學差異性的多射流作用流場顯示裝置的測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）將射流空氣與極性粒子充分混合后通過射流管A引入流通段，射流空氣與造影粒子充分混合后通過射流管B引入流通段，熒光粒子通過加料器與主流空氣混合后進入流通段；

（2）開啟磁控管使微波發射器發射微波，形成片狀微波源，并穿透流通段的一個切面，定向加熱截面上的極性粒子，示蹤顆粒發射出紅外光線向外輻射；

（3）開啟X線管、準直器和檢測器，形成平行X線束，穿透流通段測量區域，與微波穿過的切面重合，X射線經過造影粒子后衰減，放置在流通段另一端的X光檢測器接收衰減后的X射流；

（4）開啟照明燈、片狀激光源和光場相機，熒光粒子在片狀激光源照射下發射出熒光，光場相機記錄下整個流場中熒光粒子的位置；

（5）實時在線同時讀取紅外熱成像儀的熱圖像，X光檢測器的X光片，光場相機的可見光圖像，通過圖像分析，分別獲取某一切片中的極性粒子和造影粒子在每一時刻的分布，通過自動調焦和數字減影，獲取同一切片中熒光粒子在每一時刻的分布，通過相關性分析，獲取每種粒子的速度分布；

（6）改變切片位置，重復以上過程，獲取不同切片中極性粒子、造影粒子和熒光粒子在每一時刻的流場分布。