[发明专利]一种折叠式纹影装置及基于其的气体温度场可视化方法

说明书

本发明涉及纹影光学成像技术领域，具体涉及一种折叠式纹影装置及基于其的气体温度场可视化方法；该纹影装置包括光源及在光源后方依次设置的分束镜、凸透镜及平面反射镜；凸透镜及平面反射镜之间用于设置测试区；经平面反射镜的反射光经凸透镜后被分束镜转换光路，且在分束镜转换光的路径上设有用于切割光束的刀口；还包括对从刀口出射的光进行成像的成像装置。光源发出的光经分束镜和凸透镜后生成平行光并通过测试区，经平面反射镜的反射后再次分别通过测试区和凸透镜，通过分束镜转换光路汇聚于刀口处，最终被成像装置接收成像。该折叠式纹影装置，能提高纹影图像的清晰度，并解决重影的问题。

技术领域

本发明涉及纹影光学成像技术领域，更具体地，涉及一种折叠式纹影装置及基于其的气体温度场可视化方法。

背景技术

纹影装置可以观测流场的分布，广泛应用于流体混合、气体泄漏、燃烧等现象的观察。但对于常规“Z”字型与直线型纹影装置，光线仅单次通过测试区，纹影图像清晰度不高，限制了实验的定量分析；基于凹面镜的反射式光路，入射光路与反射光路不严格重合，存在重影问题。

目前实验中常利用热敏电阻温度计，热电偶温度传感器等接触式方法测量气体温度，但其响应时间较长，且干扰气流流向，数据精度不高，可靠性较差；而以红外热像仪为代表的非接触测温方法精度较好，但设备成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种折叠式纹影装置，能提高纹影图像的清晰度，并解决重影的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

提供一种折叠式纹影装置，包括光源及在光源后方依次设置的分束镜、凸透镜及平面反射镜；凸透镜及平面反射镜之间用于设置测试区；经平面反射镜的反射光经凸透镜后被分束镜转换光路，且在分束镜转换光的路径上设有用于切割光束的刀口；还包括对从刀口出射的光进行成像的成像装置。

上述方案中，光源发出的光经分束镜和凸透镜后生成平行光并通过测试区，经平面反射镜的反射后再次分别通过测试区和凸透镜，通过分束镜转换光路汇聚于刀口处，最终被成像装置接收成像。该折叠式纹影装置，能提高纹影图像的清晰度，并解决重影的问题。

优选地，还包括用于调节光源、分束镜、凸透镜及平面反射镜位置的光学支架。位置的调节便于保证光源发光点、分束镜、凸透镜及平面反射镜的中心在同一高度上，进而提高成像质量。

进一步优选地，所述光学支架用于调节光源、分束镜、凸透镜及平面反射镜的高度、转动角度及俯仰角度。

优选地，光源的发光点位于凸透镜的焦点位置上。这样设置能提高成像质量。

优选地，光源的发光点与分束镜之间的距离为8-12㎜。进一步优选地，光源的发光点与分束镜之间的距离为10㎜。

优选地，光源为LED准单色光源，其光谱带宽较窄，可有效减少不同波段光线因折射产生的色散影响；分束镜为50-50分束镜，其棱长为40㎜；凸透镜的直径为60㎜，焦距为150㎜；平面反射镜的直径为100㎜；凸透镜与平面反射镜的间距为300㎜；刀口与分束镜的间距为10㎜；成像装置为高分辨率CCD，能进一步提高纹影图像的清晰度，成像装置的画幅像素为1024×1024，成像装置与刀口的间距为20㎜。

本发明的另一个目的在于提供一种气体温度场可视化方法，基于上述折叠式纹影装置，所述刀口与测试区气流方向垂直，使用该折叠式纹影装置对气柱进行成像以获取气柱的纹影灰度图，包括如下步骤：

S1.在纹影灰度图中截取薄层区域；

S2.获取所述薄层区域的纹影图像灰度数据，在薄层区域中选取灰度极大值点与灰度极小值点并计算灰度差值；