CN105890671A - 用于高温环镜颗粒场三维测量的探针 - Google Patents
用于高温环镜颗粒场三维测量的探针 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及高温环镜颗粒场三维测量技术,旨在提供一种用于高温环镜颗粒场三维测量的探针。该探针包括光纤激光器、激光准直器、光路系统和CCD相机,光纤激光器与激光准直器之间通过光纤连接;还包括具有开口端和封闭端的长管状的中空外壳,CCD相机设于开口端;在外壳上开设一个径向贯穿的通孔作为颗粒通道,在颗粒通道与外壳封闭端之间的空腔内装设激光准直器,在颗粒通道与外壳开口端之间的空腔内装设光路系统。本发明能实现高温环镜下三维颗粒场多参数的同时测量,图像传输距离保护相机,便于工程应用。管壳式透镜组成像,避免管壁反射造成的噪声对目标光束的影响;具有无需标定、三维、多参数同时测量等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温环镜颗粒场三维测量技术,具体涉及一种利用全息技术同时测量高温环镜下颗粒粒径、三维位置、颗粒速度等参数的测量装置。
背景技术
颗粒状物质在科学研究、工程应用以及社会生活领域中常常出现,在科研领域,研究颗粒的形貌、颗粒之间的相互作用;在工程应用领域,常见的有燃煤电场的关于煤粉颗粒的研究,包括对煤粉输送、煤粉燃烧、飞灰颗粒的研究等;生活中应用则更常见,如当下的雾霾都与颗粒物有关。因而对颗粒物的研究十分必要。
虽然现代光学测量技术发展了大量对颗粒空间分布、粒径、速度、浓度等参数测量的工具和仪器,高温等恶劣环镜下的颗粒场测量仍然很难实现,尤其是在锅炉炉膛、内燃机燃烧室等封闭空间内的燃料颗粒或液滴的测量。探针或内窥式的测量工具是一个很好的选择。目前存在一些基于图像粒子测速(PIV)、相位多普勒技术(PDA)、高速摄影等光学手段的探针,发挥了一定的作用。但是PIV以测量颗粒整体运动速度为主,无法得到单个颗粒的粒径、形貌、浓度等信息;PDA属于单点测量技术,得到的是经过测量点的颗粒统计速度和粒径分布,而且对非球形颗粒测量误差较大;直接成像的方法受限于景深,只能得到聚焦平面的颗粒,离焦颗粒是模糊的散斑,影响测量的范围和精度。开发一种适用于高温环镜内颗粒场三维、多参数同时测量的探针具有重大创新意义。
数字全息技术是一种以单相机实现颗粒场三维、多参数、定量测量的三维成像技术。通过数字相机记录一张全息图,然后使用数值模拟光传播的方法重建再现像,具有装置简单、操作方便的优势。目前广泛引用于开口空间中喷雾液滴、燃料颗粒、气泡、微生物等颗粒物的测量。但是该技术基本采用了无透镜或单一物镜的装置,在管套式探针中,光束通过透镜后会扩散至管壁,在管壁上进行反射,会对目标光束造成干扰,单透镜系统工作距离受限,当相机与物平面距离过大时,成像质量受影响,因而在保证成像质量的前提下,相机与物平面距离有限,会造成相机的寿命损伤。以往的全息方法适用于高温探针的也尚未有见。
为此,本发明在优化全息成像透镜组的基础上,开发了一种细长的全息探针,既能实现1500℃高温环镜颗粒场三维、定量测量,又能保护主要零件不受高温损伤,适用于工程现场。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,克服现有颗粒场测量技术的不足,提供了一种用于高温环镜颗粒场三维测量的探针。
为解决技术问题,本发明的解决方案是:
提供一种用于高温环镜颗粒场三维测量的探针,包括光纤激光器、激光准直器、光路系统和CCD相机,光纤激光器与激光准直器之间通过光纤连接;其特征在于,还包括具有开口端和封闭端的长管状的中空外壳,所述CCD相机设于开口端;在外壳上开设一个径向贯穿的通孔作为颗粒通道,在颗粒通道与外壳封闭端之间的空腔内装设激光准直器,在颗粒通道与外壳开口端之间的空腔内装设光路系统;
所述光路系统包括(2+2α)块透镜,α是正整数且≥1;其中,靠近颗粒通道的第一块透镜为物镜;除靠近物镜的第一转接镜之外,其余均为用于平移成像平面的转接镜组合,且每两个转接镜为一个组合;各透镜之间具有下述位置关系:
假设颗粒通道位于物镜的左侧,物镜的右侧焦点与第一转接镜的左侧焦点重合;第一转接镜的右侧焦点与第二转接镜的左侧焦点重合,第二转接镜的右侧焦点与第三转接镜的左侧焦点重合,以此类推;自第二转接镜与第三转接镜起,以每两个转接镜为一组进行增减,CCD相机位于最后一块转接镜右边焦距之外。
本发明中,所述物镜的直径小于转接镜的直径。
本发明中,所述激光准直器与光路系统位于同一直线上组成同轴全息系统,或者两者之间存在偏角组成离轴全息系统。
本发明中,所述外壳具有冷却夹套,接有冷却剂进口和冷却剂出口;
本发明中,所述冷却夹套是双层冷却系统结构,其外层为冷却剂进口通道,内层为冷却剂出口通道;所述冷却剂进口和冷却剂出口均设在靠近外壳开口端的位置。
发明原理描述:
光纤激光器发射的激光经激光准直器后成为平行光,经颗粒场后,依次通过光路系统中的多块透镜到达所述的CCD相机上。平行光经过颗粒场发生投射和折射等光的传播规律形成物光波,另一部分没有照射到颗粒场的光作为参考光,物光波和参考光发生干涉,相机记录下干涉后形成的全息图,信号输送至计算机,经全息图重建可获得颗粒场粒径、形貌等具体参数。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明能实现高温环镜下三维颗粒场多参数的同时测量,测量粒径范围与视场可分级调节,透镜组全息成像系统增加了图像传输距离,保护了相机,便于工程应用。
2、本发明利用管壳式透镜组成像,避免管壁反射造成的噪声对目标光束的影响;可以通过改变透镜参数和位置,实现不同放大倍数的全息测量,测量粒径可在1μm~1mm范围内;全息图远距离传递使信号采集设备远离测量区域的恶劣环镜,从而得到保护;在高温环镜下实现颗粒场测量,包括颗粒粒径、体积浓度、数浓度等参数,具有无需标定、三维、多参数同时测量等优点。
附图说明
图1本发明光路系统图;
图2本发明中探针结构示意图。
图中1.物镜;2.第一转接镜;3.第二转接镜;4.第三转接镜;5.光纤;6.激光准直器;7.颗粒通道;8.冷却剂进口通道;9.冷却剂出口通道;10.光路系统;11.冷却剂出口;12.CCD相机;13.连通通道;14.外壳的内部空腔;15.冷却剂进口。
具体实施方式
下面结合附图进行更进一步的详细说明:
本发明所述用于高温环镜颗粒场三维测量的探针,包括光纤激光器、激光准直器6、光路系统10和CCD相机12,光纤激光器与激光准直器6之间通过光纤5连接;还设置了具有开口端和封闭端的长管状的中空外壳,CCD相机12设于外壳的开口端;在外壳上开设一个径向贯穿的通孔作为颗粒通道7,激光准直器6设在颗粒通道7与外壳封闭端之间的空腔内,光路系统10设在颗粒通道与外壳开口端之间的空腔内。外壳具有双层结构的冷却夹套,其外层为冷却剂进口通道8,内层为冷却剂出口通道9;冷却剂进口15和冷却剂出口11均设在靠近外壳开口端的位置。
光路系统10包括(2+2α)块透镜,α是正整数且≥1;其中,靠近颗粒通道7的第一块透镜为物镜1;除靠近物镜1的第一转接镜2之外,其余均为用于平移成像平面的转接镜组合,且每两个转接镜为一个组合;物镜1的直径小于转接镜的直径。激光准直器与光路系统位于同一直线上组成同轴全息系统,或者两者之间存在偏角组成离轴全息系统。各透镜之间具有下述位置关系:
假设颗粒通道7位于物镜1的左侧,物镜1的右侧焦点与第一转接镜2的左侧焦点重合;第一转接镜2的右侧焦点与第二转接镜3的左侧焦点重合,第二转接镜3的右侧焦点与第三转接镜4的左侧焦点重合,以此类推;自第二转3接镜与第三转接镜4起,以每两个转接镜为一组进行增减,CCD相机位于最后一块转接镜右边焦距之外。
实施例1:
如图1所示,该光路系统10中使用了四块透镜,从左到右依次是物镜1、第一转接镜2、第二转接镜3和第三转接镜4。这四块透镜组成无焦透镜组,物镜1的右边焦点与第一转接镜2的左边焦点重合,第一转接镜2的右边焦点与第二转接镜3的左边焦点重合,第二转接镜3的右边焦点与第三转接镜4的左边焦点重合,CCD相机12的成像位置位于第三转接镜4右边焦点的右边d处(d≥0)。改变物镜1的参数与位置可以改变无焦光路系统的放大倍数,实现对小颗粒的测量,测量范围为1μm~1mm。第二转接镜3和第三转接镜4的联合使用可以实现像平面的平移,可进一步增大相机与像平面的距离,使得颗粒测量系统可在高达1500℃的温度下工作的同时,保证CCD相机12在常温下工作。
探针的使用说明:
将探针置于高温环镜中,火焰中颗粒经颗粒通道7进入,物平面为物镜1的左侧焦以外。平行光经颗粒场后穿过光路系统10,CCD相机12按照实际测量要求放置在合适位置,输出信号经信号线连接至计算机,经全息图重建可获得颗粒具体参数。测量过程中,冷却剂从冷却剂入口15进入,由冷却剂进口通道8流至冷却剂出口通道9,最后从冷却剂出口11流出。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种用于高温环镜颗粒场三维测量的探针,包括光纤激光器、激光准直器、光路系统和CCD相机,光纤激光器与激光准直器之间通过光纤连接;其特征在于,还包括具有开口端和封闭端的长管状的中空外壳,所述CCD相机设于开口端;在外壳上开设一个径向贯穿的通孔作为颗粒通道,在颗粒通道与外壳封闭端之间的空腔内装设激光准直器,在颗粒通道与外壳开口端之间的空腔内装设光路系统;
所述光路系统包括(2+2α)块透镜,α是正整数且≥1;其中,靠近颗粒通道的第一块透镜为物镜;除靠近物镜的第一转接镜之外,其余均为用于平移成像平面的转接镜组合,且每两个转接镜为一个组合;各透镜之间具有下述位置关系:
假设颗粒通道位于物镜的左侧,物镜的右侧焦点与第一转接镜的左侧焦点重合;第一转接镜的右侧焦点与第二转接镜的左侧焦点重合,第二转接镜的右侧焦点与第三转接镜的左侧焦点重合,以此类推;自第二转接镜与第三转接镜起,以每两个转接镜为一组进行增减,CCD相机位于最后一块转接镜右边焦距之外。
2.根据权利要求1所述的探针,其特征在于,所述物镜的直径小于转接镜的直径。
3.根据权利要求1所述的探针,其特征在于,所述激光准直器与光路系统位于同一直线上组成同轴全息系统,或者两者之间存在偏角组成离轴全息系统。
4.根据权利要求1至3任意一项中所述的探针,其特征在于,所述外壳具有冷却夹套,接有冷却剂进口和冷却剂出口。
5.根据权利要求4所述的探针,其特征在于,所述冷却夹套是双层冷却结构,其外层为冷却剂进口通道,内层为冷却剂出口通道;所述冷却剂进口和冷却剂出口均设在靠近外壳开口端的位置。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108169080A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-06-15 | 西北工业大学 | 基于同轴数字全息法的固体推进剂铝燃烧测量装置与方法 |
CN112284546A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-29 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 基于双目视觉的尾喷口温度场可视化装置及其识别方法 |
CN112763490A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-05-07 | 浙江大学 | 一种用于高温水冷壁结焦检测的探针和方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030227658A1 (en) * | 1997-06-11 | 2003-12-11 | Thomas Clarence E. | Spatially-heterodyned holography |
CN101329451A (zh) * | 2008-07-24 | 2008-12-24 | 南京大学 | 一种三维空间激光成像设备 |
CN201382849Y (zh) * | 2009-03-17 | 2010-01-13 | 西北工业大学 | 一种基于数字全息术的流场显示装置 |
WO2011149526A3 (en) * | 2010-05-25 | 2012-03-15 | Arryx, Inc. | Methods and apparatuses for detection of positional freedom of particles in biological and chemical analyses and applications in immunodiagnostics |
JP2012530929A (ja) * | 2009-06-22 | 2012-12-06 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー.ブイ. | オブジェクト検査システムおよび方法 |
CN104698219A (zh) * | 2015-03-18 | 2015-06-10 | 东南大学 | 一种基于近场散射的流动二维速度场测量装置及方法 |
CN105301757A (zh) * | 2015-11-09 | 2016-02-03 | 天津大学 | 一种立体内窥镜光学系统 |
-
2016
- 2016-06-15 CN CN201610417407.3A patent/CN105890671B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030227658A1 (en) * | 1997-06-11 | 2003-12-11 | Thomas Clarence E. | Spatially-heterodyned holography |
CN101329451A (zh) * | 2008-07-24 | 2008-12-24 | 南京大学 | 一种三维空间激光成像设备 |
CN201382849Y (zh) * | 2009-03-17 | 2010-01-13 | 西北工业大学 | 一种基于数字全息术的流场显示装置 |
JP2012530929A (ja) * | 2009-06-22 | 2012-12-06 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー.ブイ. | オブジェクト検査システムおよび方法 |
WO2011149526A3 (en) * | 2010-05-25 | 2012-03-15 | Arryx, Inc. | Methods and apparatuses for detection of positional freedom of particles in biological and chemical analyses and applications in immunodiagnostics |
CN104698219A (zh) * | 2015-03-18 | 2015-06-10 | 东南大学 | 一种基于近场散射的流动二维速度场测量装置及方法 |
CN105301757A (zh) * | 2015-11-09 | 2016-02-03 | 天津大学 | 一种立体内窥镜光学系统 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
吴迎春: "数字颗粒全息三维测量技术及其应用", 《中国优秀博士学位论文全文数据库(电子期刊)工程科技II辑》 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108169080A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-06-15 | 西北工业大学 | 基于同轴数字全息法的固体推进剂铝燃烧测量装置与方法 |
CN112284546A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-29 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 基于双目视觉的尾喷口温度场可视化装置及其识别方法 |
CN112763490A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-05-07 | 浙江大学 | 一种用于高温水冷壁结焦检测的探针和方法 |
Also Published As
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