CN104181162B - 基于激光片光技术的三维烟雾扫描重构装置 - Google Patents
基于激光片光技术的三维烟雾扫描重构装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种能够快速准确地采集各时刻烟雾运动状态的基于激光片光技术的三维烟雾扫描重构装置。该装置包括烟雾模拟箱体、第一控制器、第二控制器、第三控制器、第一同步控制器、第二同步控制器、第三同步控制器、总控制器，该基于激光片光技术的三维烟雾扫描重构装置利用三个高速摄像仪与激光片光发射器的组合实现对X、Y、Z三个维度的烟雾扫描，不但实现了非接触式烟雾运动状态获取，避免因接触探测对烟雾实际运动状态造成的影响，同时增加烟雾扫描角度，进一步提升了实验精度，该装置工作一次时间极短，烟雾近乎于静止，因此，可以快速准确地采集各时刻烟雾运动状态。适合在公共安全技术领域推广应用。
Description
技术领域
本发明属于公共安全技术领域，具体涉及一种基于激光片光技术的三维烟雾扫描重构装置。
背景技术
随着科学技术不断发展，隧道等地下空间的建设与开发拓展了人类活动范围，大幅提升了运输效率，推动社会生产发展。然而，由于隧道空间相对狭窄、空气流动缓慢等特点，隧道内发生火灾时，火势极易扩大，导致隧道内短时间内充满烟雾，严重威胁人员生命、增加救援难度。
隧道内烟雾处理问题引起世界各国高度重视。从技术层面上讲，隧道火灾发生后，为降低烟雾带来的损失，需要掌握烟雾的运动规律，对烟雾流动趋势及发展态势进行预测并采取科学的控制。
目前，国内外学者普遍采用烟雾模拟展开相关研究。烟雾运动的模拟主要有两种方法，基于粒子系统的烟雾模拟与基于物理模型的烟雾模拟。由于基于粒子系统的模拟只有在一定的条件下才能满足模拟的实时性要求，因而普遍采用后种研究方法。基于物理的烟雾模拟主要思想是以反映烟雾运动规律的方程为基础，建立烟雾运动模型，通过选用合适的数值方法求解其模型方程。通过方程的求解可以获得烟气运动过程中各个时刻的运动状态，结合图形绘制工具就可以得出模拟的效果。为比较模拟计算结果与实际试验结果的异同，可采用接触式测量方法测量烟雾浓度等参数，但是由于探测装置介入，烟雾浓度及流动规律也受到相应的影响而发生变化，从而导致与实际情况存在一定偏差，这对于精确地研究烟雾特性是不利的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够快速准确地采集各时刻烟雾运动状态的基于激光片光技术的三维烟雾扫描重构装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该基于激光片光技术的三维烟雾扫描重构装置，包括烟雾模拟箱体、第一控制器、第二控制器、第三控制器、第一同步控制器、第二同步控制器、第三同步控制器、总控制器，所述烟雾模拟箱体包括底板，设置在底板两侧的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁与第二侧壁互相平行，设置在底板两端的第一端壁和第二端壁，所述第一端壁与第二端壁互相平行，所述底板上方覆盖有顶棚，所述顶棚与底板互相平行，所述底板与第一侧壁、第二侧壁、第一端壁、第二端壁、顶棚共同围成一个封闭的空间，所述第一端壁上设置有烟雾入口，所述烟雾入口处设置有阀门；
所述底板朝向顶棚的表面上安装有多个第一激光片光发射器，所述第一激光片光发射器发射的激光片光与第一端壁的表面互相平行，所述第二端壁上设置有第一圆孔，所述第一圆孔处设置有第一高速摄影仪，所述第一高速摄影仪的镜头伸入第一圆孔，拍摄第一激光片光发射器发射片光所呈烟雾图像，并将拍摄画面储存，实现X轴烟雾扫描，所述第一激光片光发射器通过数据传输线与第一控制器相连，所述第一高速摄影仪、第一控制器分别通过数据传输线与第一同步控制器相连；
所述第一端壁朝向第二端壁的表面上安装有多个第二激光片光发射器，第二激光片光发射器发射的激光片光与第一侧壁的表面互相平行，所述第二侧壁上设置有第二圆孔，所述第二圆孔处设置有第二高速摄影仪，所述第二高速摄影仪的镜头伸入第二圆孔，拍摄第二激光片光发射器发射片光所呈烟雾图像，并将拍摄画面储存，实现Y轴烟雾扫描，所述第二激光片光发射器通过数据传输线与第二控制器相连，所述第二高速摄影仪、第二控制器分别通过数据传输线与第二同步控制器相连；
所述第一侧壁朝向第二侧壁的表面上安装有多个第三激光片光发射器，所述第三激光片光发射器发射的激光片光与顶棚的表面互相平行，所述顶棚上设置有第三圆孔，所述第三圆孔处设置有第三高速摄影仪，所述第三高速摄影仪的镜头伸入第三圆孔，拍摄第三激光片光发射器发射片光所呈烟雾图像，并将拍摄画面储存，实现Z轴烟雾扫描，所述第三激光片光发射器通过数据传输线与第三控制器相连，所述第三高速摄影仪、第三控制器分别通过数据传输线与第三同步控制器相连；
所述第一同步控制器、第二同步控制器、第三同步控制器分别通过数据传输线与总控制器相连。
进一步的是，所述第一激光片光发射器的数量为50个，第二激光片光发射器的数量为50个，第三激光片光发射器的数量为50个。
进一步的是，所述烟雾模拟箱的长、宽、高分别为100cm、100cm、100cm。
进一步的是，所述每个第一激光片光发射器与第一侧壁之间的距离均为50cm，所述每个第二激光片光发射器与底板之间的距离均为50cm，所述每个第三激光片光发射器与第一端壁之间的距离均为50cm。
进一步的是，所述第一圆孔的圆心与底板之间的距离为43cm，所述第二圆孔的圆心与底板之间的距离为43cm，所述第三圆孔与第二侧壁之间的距离为43cm。
进一步的是，所述第一激光片光发射器、第二激光片光发射器、第三激光片光发射器的结构均相同，所述第一激光片光发射器包括壳体，所述壳体内设置有激光发射器，所述壳体上设置有出光口，在出光口处设置有支撑体，所述支撑体上设置有镜片安装孔，所述镜片安装孔内安装有柱面镜，所述激光发射器的激光发射口、柱面镜位于同一直线上，激光发射器发射出的激光垂直照射形成平行线性光，平行线性光垂直照射在柱面镜的中轴线上后形成平行片光，。
进一步的是，所述壳体采用绝缘材料制作而成。
本发明的有益效果：该基于激光片光技术的三维烟雾扫描重构装置利用三个高速摄像仪与激光片光发射器的组合实现对X、Y、Z三个维度的烟雾扫描，不但实现了非接触式烟雾运动状态获取，避免因接触探测对烟雾实际运动状态造成的影响，同时增加烟雾扫描角度，进一步提升了实验精度，而且利用第一控制器、第二控制器、第三控制器可以分别控制第一激光片光发射器、第二激光片光发射器、第三激光片光发射器的亮灭状态，并利用第一同步控制器控制第一高速摄影仪与第一控制器，利用第二同步控制器控制第二高速摄影仪与第二控制器，第三同步控制器控制第三高速摄影仪与第三控制器，使得每一激光片光发射激光片光使烟雾呈像时所对应的高速摄影仪拍摄一次，由于该装置工作一次时间极短，烟雾近乎于静止，因此，可以快速准确地采集各时刻烟雾运动状态，为烟雾运动规律研究、烟雾模拟等提供充足的数据支持，另外，该装置采用激光片光发射器通过发射明亮的激光片光使烟雾清晰呈像，可完全开展黑暗环境下烟雾运动状态采集实验，克服了实验场景构建难，探测设备影响探测精度等难题。
附图说明
图1是本发明所述基于激光片光技术的三维烟雾扫描重构装置的结构示意图；
图2是本发明所述的第一激光片光发射器的结构示意图；
附图标记说明：烟雾模拟箱体1、底板101、第一侧壁102、第二侧壁103、第一端壁104、第二端壁105、顶棚106、烟雾入口107、第一控制器2、第二控制器3、第三控制器4、第一同步控制器5、第二同步控制器6、第三同步控制器7、总控制器8、第一激光片光发射器9、第一高速摄影仪10、第二激光片光发射器11、第二高速摄影仪12、第三激光片光发射器13、第三高速摄影仪14、壳体901、激光发射器902、支撑体903、柱面镜904。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
如图1、2所述，该基于激光片光技术的三维烟雾扫描重构装置，包括烟雾模拟箱体1、第一控制器2、第二控制器3、第三控制器4、第一同步控制器5、第二同步控制器6、第三同步控制器7、总控制器8，所述烟雾模拟箱体1包括底板101，设置在底板101两侧的第一侧壁102和第二侧壁103，所述第一侧壁102与第二侧壁103互相平行，设置在底板101两端的第一端壁104和第二端壁105，所述第一端壁104与第二端壁105互相平行，所述底板101上方覆盖有顶棚106，所述顶棚106与底板101互相平行，所述底板101与第一侧壁102、第二侧壁103、第一端壁104、第二端壁105、顶棚106共同围成一个封闭的空间，所述第一端壁104上设置有烟雾入口107，所述烟雾入口107处设置有阀门；
所述底板101朝向顶棚106的表面上安装有多个第一激光片光发射器9，所述第一激光片光发射器9发射的激光片光与第一端壁104的表面互相平行，所述第二端壁105上设置有第一圆孔，所述第一圆孔处设置有第一高速摄影仪10，所述第一高速摄影仪10的镜头伸入第一圆孔，拍摄第一激光片光发射器9发射片光所呈烟雾图像，并将拍摄画面储存，实现X轴烟雾扫描，所述第一激光片光发射器9通过数据传输线与第一控制器2相连，所述第一高速摄影仪10、第一控制器2分别通过数据传输线与第一同步控制器5相连；
所述第一端壁104朝向第二端壁105的表面上安装有多个第二激光片光发射器11，第二激光片光发射器11发射的激光片光与第一侧壁102的表面互相平行，所述第二侧壁103上设置有第二圆孔，所述第二圆孔处设置有第二高速摄影仪12，所述第二高速摄影仪12的镜头伸入第二圆孔，拍摄第二激光片光发射器11发射片光所呈烟雾图像，并将拍摄画面储存，实现Y轴烟雾扫描，所述第二激光片光发射器11通过数据传输线与第二控制器3相连，所述第二高速摄影仪12、第二控制器3分别通过数据传输线与第二同步控制器6相连；
所述第一侧壁102朝向第二侧壁103的表面上安装有多个第三激光片光发射器13，所述第三激光片光发射器13发射的激光片光与顶棚106的表面互相平行，所述顶棚106上设置有第三圆孔，所述第三圆孔处设置有第三高速摄影仪14，所述第三高速摄影仪14的镜头伸入第三圆孔，拍摄第三激光片光发射器13发射片光所呈烟雾图像，并将拍摄画面储存，实现Z轴烟雾扫描，所述第三激光片光发射器13通过数据传输线与第三控制器4相连，所述第三高速摄影仪14、第三控制器4分别通过数据传输线与第三同步控制器7相连；
所述第一同步控制器5、第二同步控制器6、第三同步控制器7分别通过数据传输线与总控制器8相连。
该基于激光片光技术的三维烟雾扫描重构装置的工作原理如下：在实验探测中，打开阀门，将烟雾从烟雾入口107吹入烟雾模拟箱体1内，一段时间之后，一般大约10秒钟后，由总控制器8控制，依次接通第一同步控制器5、第二同步控制器6、第三同步控制器7，分次实现对X、Y、Z三个维度的烟雾扫描，其中接通第一同步控制器5后实现X维度的烟雾扫描，接通第一高速摄影仪10、第一控制器2的电源，第一控制器2控制所有的第一激光片光发射器9在1秒中内从右至左依次亮灭，使箱体内的烟雾依次在激光片光上呈像，第一同步控制器5控制第一高速摄影仪10与第一控制器2同步动作，每一个第一激光片光发射器9发射激光片光时，第一高速摄影仪10同时拍摄，并将拍摄画面储存；接通第二同步控制器6后实现Y维度的烟雾扫描，接通第二高速摄影仪12、第二控制器3的电源，第二控制器317控制所有的第二激光片光发射器11在1秒中内从右至左依次亮灭，使箱体内的烟雾依次在激光片光上呈像，第二同步控制器6控制第二高速摄影仪12与第二控制器3同步动作，每一个第二激光片光发射器11发射激光片光时，第二高速摄影仪12同时拍摄，并将拍摄画面储存；接通第三同步控制器7后实现Z维度的烟雾扫描，接通第三高速摄影仪14、第三控制器4的电源，第三控制器4控制所有的第三激光片光发射器13在1秒中内从右至左依次亮灭，使箱体内的烟雾依次在激光片光上呈像，第三同步控制器7控制第三高速摄影仪14与第三控制器4同步动作，每一个第三激光片光发射器13发射激光片光时，第三高速摄影仪14同时拍摄，并将拍摄画面储存；通过第一同步控制器5、第二同步控制器6、第三同步控制器7依次动作分别对X、Y、Z三个维度的烟雾扫描，不但实现了非接触式烟雾运动状态获取，避免因接触探测对烟雾实际运动状态造成的影响，同时增加烟雾扫描角度，进一步提升了实验精度，而且该装置工作一次时间极短，烟雾近乎于静止，因此，可以快速准确地采集各时刻烟雾运动状态，为烟雾运动规律研究、烟雾模拟等提供充足的数据支持，另外，该装置采用激光片光发射器通过发射明亮的激光片光使烟雾清晰呈像，可完全开展黑暗环境下烟雾运动状态采集实验，克服了实验场景构建难，探测设备影响探测精度等难题。
所述第一激光片光发射器9的数量、第二激光片光发射器11的数量、第三激光片光发射器13的数量可以根据实际情况而定，具体的，作为优选的，所述第一激光片光发射器9的数量为50个，第二激光片光发射器11的数量为50个，第三激光片光发射器13的数量为50个。
所述烟雾模拟箱1的尺寸可以根据实际情况而定，考虑到制作成本以及烟雾探测精度，所述烟雾模拟箱1的长、宽、高尺寸分别优选为100cm、100cm、100cm。
为了使烟雾探测的精度更加准确，充分利用烟雾模拟箱1的内部空间，所述每个第一激光片光发射器9与第一侧壁102之间的距离均为50cm，所述每个第二激光片光发射器11与底板101之间的距离均为50cm，所述每个第三激光片光发射器13与第一端壁104之间的距离均为50cm。进一步的是，为了使拍摄的烟雾图像画面更加全面清楚，所述第一圆孔的圆心与底板101之间的距离为43cm，所述第二圆孔的圆心与底板101之间的距离为43cm，所述第三圆孔与第二侧壁103之间的距离为43cm。
另外，所述第一激光片光发射器9、第二激光片光发射器11、第三激光片光发射器13的结构均相同，所述第一激光片光发射器9包括壳体901，所述壳体901内设置有激光发射器902，所述壳体901上设置有出光口，在出光口处设置有支撑体903，所述支撑体903上设置有镜片安装孔，所述镜片安装孔内安装有柱面镜904，所述激光发射器902的激光发射口、柱面镜904位于同一直线上，激光发射器902发射出的激光垂直照射形成平行线性光，平行线性光垂直照射在柱面镜904的中轴线上后形成平行片光，这种结构的激光片光发射器结构简单，安装在制作非常方便，为了便于激光片光发射器的安装，可以在壳体901的底部安装一个连接件，此连接件可以采用螺栓连接、暗扣连接等。
为了起到保护和固定内部光学零件及激光发射设备的作用，所述壳体901采用绝缘材料制作而成。
Claims (7)
1.基于激光片光技术的三维烟雾扫描重构装置，其特征在于：包括烟雾模拟箱体(1)、第一控制器(2)、第二控制器(3)、第三控制器(4)、第一同步控制器(5)、第二同步控制器(6)、第三同步控制器(7)、总控制器(8)，所述烟雾模拟箱体(1)包括底板(101)，设置在底板(101)两侧的第一侧壁(102)和第二侧壁(103)，所述第一侧壁(102)与第二侧壁(103)互相平行，设置在底板(101)两端的第一端壁(104)和第二端壁(105)，所述第一端壁(104)与第二端壁(105)互相平行，所述底板(101)上方覆盖有顶棚(106)，所述顶棚(106)与底板(101)互相平行，所述底板(101)与第一侧壁(102)、第二侧壁(103)、第一端壁(104)、第二端壁(105)、顶棚(106)共同围成一个封闭的空间，所述第一端壁(104)上设置有烟雾入口(107)，所述烟雾入口(107)处设置有阀门；
所述底板(101)朝向顶棚(106)的表面上安装有多个第一激光片光发射器(9)，所述第一激光片光发射器(9)发射的激光片光与第一端壁(104)的表面互相平行，所述第二端壁(105)上设置有第一圆孔，所述第一圆孔处设置有第一高速摄影仪(10)，所述第一高速摄影仪(10)的镜头伸入第一圆孔，拍摄第一激光片光发射器(9)发射片光所呈烟雾图像，并将拍摄画面储存，实现X轴烟雾扫描，所述第一激光片光发射器(9)通过数据传输线与第一控制器(2)相连，所述第一高速摄影仪(10)、第一控制器(2)分别通过数据传输线与第一同步控制器(5)相连；
所述第一端壁(104)朝向第二端壁(105)的表面上安装有多个第二激光片光发射器(11)，第二激光片光发射器(11)发射的激光片光与第一侧壁(102)的表面互相平行，所述第二侧壁(103)上设置有第二圆孔，所述第二圆孔处设置有第二高速摄影仪(12)，所述第二高速摄影仪(12)的镜头伸入第二圆孔，拍摄第二激光片光发射器(11)发射片光所呈烟雾图像，并将拍摄画面储存，实现Y轴烟雾扫描，所述第二激光片光发射器(11)通过数据传输线与第二控制器(3)相连，所述第二高速摄影仪(12)、第二控制器(3)分别通过数据传输线与第二同步控制器(6)相连；
所述第一侧壁(102)朝向第二侧壁(103)的表面上安装有多个第三激光片光发射器(13)，所述第三激光片光发射器(13)发射的激光片光与顶棚(106)的表面互相平行，所述顶棚(106)上设置有第三圆孔，所述第三圆孔处设置有第三高速摄影仪(14)，所述第三高速摄影仪(14)的镜头伸入第三圆孔，拍摄第三激光片光发射器(13)发射片光所呈烟雾图像，并将拍摄画面储存，实现Z轴烟雾扫描，所述第三激光片光发射器(13)通过数据传输线与第三控制器(4)相连，所述第三高速摄影仪(14)、第三控制器(4)分别通过数据传输线与第三同步控制器(7)相连；
所述第一同步控制器(5)、第二同步控制器(6)、第三同步控制器(7)分别通过数据传输线与总控制器(8)相连。
2.如权利要求1所述的基于激光片光技术的三维烟雾扫描重构装置，其特征在于：所述第一激光片光发射器(9)的数量为50个，第二激光片光发射器(11)的数量为50个，第三激光片光发射器(13)的数量为50个。
3.如权利要求2所述的基于激光片光技术的三维烟雾扫描重构装置，其特征在于：所述烟雾模拟箱(1)的长、宽、高分别为100cm、100cm、100cm。
4.如权利要求3所述的基于激光片光技术的三维烟雾扫描重构装置，其特征在于：每个所述第一激光片光发射器(9)与第一侧壁(102)之间的距离均为50cm，每个所述第二激光片光发射器(11)与底板(101)之间的距离均为50cm，每个所述第三激光片光发射器(13)与第一端壁(104)之间的距离均为50cm。
5.如权利要求4所述的基于激光片光技术的三维烟雾扫描重构装置，其特征在于：所述第一圆孔的圆心与底板(101)之间的距离为43cm，所述第二圆孔的圆心与底板(101)之间的距离为43cm，所述第三圆孔与第二侧壁(103)之间的距离为43cm。
6.如权利要求5所述的基于激光片光技术的三维烟雾扫描重构装置，其特征在于：所述第一激光片光发射器(9)、第二激光片光发射器(11)、第三激光片光发射器(13)的结构均相同，所述第一激光片光发射器(9)包括壳体(901)，所述壳体(901)内设置有激光发射器(902)，所述壳体(901)上设置有出光口，在出光口处设置有支撑体(903)，所述支撑体(903)上设置有镜片安装孔，所述镜片安装孔内安装有柱面镜(904)，所述激光发射器(902)的激光发射口、柱面镜(904)位于同一直线上，激光发射器(902)发射出的激光垂直照射形成平行线性光，平行线性光垂直照射在柱面镜(904)的中轴线上后形成平行片光，。
7.如权利要求6所述的基于激光片光技术的三维烟雾扫描重构装置，其特征在于：所述壳体(901)采用绝缘材料制作而成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160817 Termination date: 20190901 |