[發明專利]一種折疊式紋影裝置及基于其的氣體溫度場可視化方法

在審

• 申請號: 201810718822.1
• 申請日: 2018-07-03
• 公開（公告）號: CN109100434A
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 蔡志崗;范可舟;李佼洋;鄧森;范澤濤;奉瑋杰;王嘉輝
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01N30/02
• 分類號: G01N30/02;G01N30/54
• 代理公司: 廣州潤禾知識產權代理事務所(普通合伙) 44446
• 代理人: 林偉斌;楊釗霞

本發明涉及紋影光學成像技術領域，具體涉及一種折疊式紋影裝置及基于其的氣體溫度場可視化方法；該紋影裝置包括光源及在光源后方依次設置的分束鏡、凸透鏡及平面反射鏡；凸透鏡及平面反射鏡之間用于設置測試區；經平面反射鏡的反射光經凸透鏡后被分束鏡轉換光路，且在分束鏡轉換光的路徑上設有用于切割光束的刀口；還包括對從刀口出射的光進行成像的成像裝置。光源發出的光經分束鏡和凸透鏡后生成平行光并通過測試區，經平面反射鏡的反射后再次分別通過測試區和凸透鏡，通過分束鏡轉換光路匯聚于刀口處，最終被成像裝置接收成像。該折疊式紋影裝置，能提高紋影圖像的清晰度，并解決重影的問題。

技術領域

本發明涉及紋影光學成像技術領域，更具體地，涉及一種折疊式紋影裝置及基于其的氣體溫度場可視化方法。

背景技術

紋影裝置可以觀測流場的分布，廣泛應用于流體混合、氣體泄漏、燃燒等現象的觀察。但對于常規“Z”字型與直線型紋影裝置，光線僅單次通過測試區，紋影圖像清晰度不高，限制了實驗的定量分析；基于凹面鏡的反射式光路，入射光路與反射光路不嚴格重合，存在重影問題。

目前實驗中常利用熱敏電阻溫度計，熱電偶溫度傳感器等接觸式方法測量氣體溫度，但其響應時間較長，且干擾氣流流向，數據精度不高，可靠性較差；而以紅外熱像儀為代表的非接觸測溫方法精度較好，但設備成本較高。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種折疊式紋影裝置，能提高紋影圖像的清晰度，并解決重影的問題。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

提供一種折疊式紋影裝置，包括光源及在光源后方依次設置的分束鏡、凸透鏡及平面反射鏡；凸透鏡及平面反射鏡之間用于設置測試區；經平面反射鏡的反射光經凸透鏡后被分束鏡轉換光路，且在分束鏡轉換光的路徑上設有用于切割光束的刀口；還包括對從刀口出射的光進行成像的成像裝置。

上述方案中，光源發出的光經分束鏡和凸透鏡后生成平行光并通過測試區，經平面反射鏡的反射后再次分別通過測試區和凸透鏡，通過分束鏡轉換光路匯聚于刀口處，最終被成像裝置接收成像。該折疊式紋影裝置，能提高紋影圖像的清晰度，并解決重影的問題。

優選地，還包括用于調節光源、分束鏡、凸透鏡及平面反射鏡位置的光學支架。位置的調節便于保證光源發光點、分束鏡、凸透鏡及平面反射鏡的中心在同一高度上，進而提高成像質量。

進一步優選地，所述光學支架用于調節光源、分束鏡、凸透鏡及平面反射鏡的高度、轉動角度及俯仰角度。

優選地，光源的發光點位于凸透鏡的焦點位置上。這樣設置能提高成像質量。

優選地，光源的發光點與分束鏡之間的距離為8-12㎜。進一步優選地，光源的發光點與分束鏡之間的距離為10㎜。

優選地，光源為LED準單色光源，其光譜帶寬較窄，可有效減少不同波段光線因折射產生的色散影響；分束鏡為50-50分束鏡，其棱長為40㎜；凸透鏡的直徑為60㎜，焦距為150㎜；平面反射鏡的直徑為100㎜；凸透鏡與平面反射鏡的間距為300㎜；刀口與分束鏡的間距為10㎜；成像裝置為高分辨率CCD，能進一步提高紋影圖像的清晰度，成像裝置的畫幅像素為1024×1024，成像裝置與刀口的間距為20㎜。

本發明的另一個目的在于提供一種氣體溫度場可視化方法，基于上述折疊式紋影裝置，所述刀口與測試區氣流方向垂直，使用該折疊式紋影裝置對氣柱進行成像以獲取氣柱的紋影灰度圖，包括如下步驟：

S1.在紋影灰度圖中截取薄層區域；

S2.獲取所述薄層區域的紋影圖像灰度數據，在薄層區域中選取灰度極大值點與灰度極小值點并計算灰度差值；