CN108226161B - 一种去除激光阴影法试验中散斑现象的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种能有效去除激光作为光源的阴影法试验中试验图像存在散斑的方法及系统。一种去除激光阴影法试验中散斑现象的系统，包括：YAG激光器，依次位于YAG激光器激光光路上的第一平凸透镜、位于YAG激光器激光光路上的第二平凸透镜、石英玻璃平板、滤波片、CCD相机，位于石英玻璃平板上方的GDI喷油器，位于第一平凸透镜和第二平凸透镜共同焦点处的红色亚克力荧光板。本发明实现了去除激光作为光源的阴影法试验中试验图像散斑现象。
Description
技术领域：
本发明涉及汽油发动机的GDI喷油器，进一步涉及一种去除激光阴影法试验中散斑现象的系统及方法。
背景技术：
缸内直喷汽油机(gasoline direct injection，GDI)由于具有经济性好、动力性强、变工况响应快等优点，因此得到了越来越广泛的应用。然而，这种将燃油直接喷入缸内的混合气制备方式同时带来了一些问题。与进气道喷射汽油机相比，直喷汽油机喷油压力较高，燃油极易撞击发动机内壁，并依据壁面温度和撞击能量大小划分为吸附、反弹、摊开、反弹破碎、沸腾破碎、破碎和飞溅等模式。而当前模型发展所用数据及其临界值大都来源于早期单液滴撞击壁面的试验结果，然而内燃机中的喷雾过程是连续多液滴喷射，液滴之间的相互作用将会影响其二次破碎方式；同时随着GDI汽油机小型强化的发展，缸内壁面温度很有可能会超过燃料的莱顿佛罗斯特效应温度，现有撞壁模型忽略了莱顿佛罗斯特效应温度对撞壁过程产生的影响。因此有必要进行高温壁面下连续多液滴喷雾撞壁破碎的近场拍摄试验。
喷雾撞壁破碎近场拍摄试验中所用技术为阴影法。试验中所用光源为ND/YAG激光器发出的532nm的脉冲激光，频率为10HZ，脉冲宽度为9ns，其优点是每一束脉冲激光只持续9ns，拍摄的喷雾液滴不会被拉长，能更真实地反应液滴的形状，具有很好的拍摄效果。缺点是由于激光单色性好，直接拍摄得到的图像会出现干涉引起的散斑现象，影响试验效果。
因此需要一种去除激光作为光源的阴影法试验中试验图像散斑现象的方法及系统。
发明内容：
本发明提供了一种能有效去除激光作为光源的阴影法试验中试验图像存在散斑的方法及系统。具体技术方案如下：
一种去除激光阴影法试验中散斑现象的系统，包括：YAG激光器，依次位于YAG激光器激光光路上的第一平凸透镜、位于第一平凸透镜和第二平凸透镜共同焦点处的红色亚克力荧光板、石英玻璃平板、滤波片、CCD相机，位于石英玻璃平板上方的GDI喷油器，位于YAG激光器激光光路上的第二平凸透镜；所述激光波长为532nm；所述激光光斑直径为9mm；所述第一平凸透镜、第二平凸透镜的焦距均为100mm。
在上述系统上实现的一种去除激光阴影法试验中散斑现象的方法，包括如下过程：
YAG激光器发出波长为532nm的激光束，经过第一平凸透镜后，将光斑汇聚在红色亚克力荧光板处，红色亚克力荧光板在点激光照射下，产生红色的荧光，波长625nm-740nm，并将红色荧光光束以及原有的激光光束透射至第二平凸透镜，将光束变成平行光，照射要观察的喷雾区域，再经过高通滤波片将激光过滤掉，最后只允许红色亚克力荧光板产生的红色荧光通过并进入CCD相机，CCD相机捕捉光信号，拍摄图像并传输至电脑。
本发明实现了去除激光作为光源的阴影法试验中试验图像散斑现象。
附图说明：
图1是本发明系统结构示意图。
图2是实施例中加热系统的结构示意图。
具体实施方式：
实施例：
一种去除激光阴影法试验中散斑现象的系统，包括：
YAG激光器，依次位于YAG激光器激光光路上的第一平凸透镜、位于YAG激光器激光光路上的第二平凸透镜、石英玻璃平板、滤波片、CCD相机，位于石英玻璃平板上方的GDI喷油器，位于第一平凸透镜和第二平凸透镜共同焦点处的红色亚克力荧光板，与石英玻璃平板相连的加热系统；所述激光光斑直径为9mm，激光波长为532nm，所述第一平凸透镜、第二平凸透镜的焦距均为100mm；所述加热系统包括：热电偶温度传感器、PID温控表、上金属托盘、下金属托盘、放置在上金属托盘和下金属托盘之间的加热丝、变压器、空气开关、固态继电器；所述上金属托盘上面放置石英玻璃平板；所述变压器的输入端连接220V交流电源，输出端一路连接在固态继电器的交流端，最后接入加热丝的其中一个电极，输出端一路通过空气开关最后接入加热丝的另一个电极；所述固态继电器的直流端连接温控表；所述加热丝通过传递热量给上金属托盘，然后将石英玻璃平板加热到设定的温度。
在上述系统上实现的一种去除激光阴影法试验中散斑现象的方法，包括如下过程：
加热石英平板模拟发动机壁面：连接系统，热电偶温度传感器测得的石英玻璃平板的表面温度低于157℃时，加热丝开始对石英玻璃平板进行加热；当热电偶温度传感器测得的石英玻璃平板的表面温度达到157℃后，加热丝停止对石英玻璃平板的加热过程；待石英玻璃平板表面温度降至157℃之下后，加热丝继续对石英玻璃平板加热至设定值；加热系统反复进行上述过程，使得石英玻璃平板表面温度稳定在157℃，达到温度控制的目的；
激光照射：光斑直径为9mm、波长为532nm的激光束，经过焦距为100mm的第一平凸透镜，将直径9mm的激光光斑汇聚在一点，以90°入射角照射在红色亚克力荧光板上，红色亚克力荧光板在点激光照射下，产生红色的荧光(波长625nm-740nm)，并将红色荧光光束以及原有532nm的激光光束透射至焦距为100mm的第二平凸透镜，将光束变成平行光，照射要观察的喷雾区域，再经过高通滤波片(550nm)将532nm激光过滤掉，最后只允许红色亚克力荧光板产生的红色荧光通过并进入CCD相机；
CCD相机捕捉荧光信号：CCD相机捕捉光信号，拍摄图像并传输至电脑。
Claims (5)
1.一种去除激光阴影法试验中散斑现象的系统，其特征在于，包括：
YAG激光器，依次位于YAG激光器激光光路上的第一平凸透镜、位于YAG激光器激光光路上的第二平凸透镜、石英玻璃平板、滤波片、CCD相机，位于石英玻璃平板上方的GDI喷油器，位于第一平凸透镜和第二平凸透镜共同焦点处的红色亚克力荧光板；YAG激光器发出激光束，经过第一平凸透镜后，将光斑汇聚在红色亚克力荧光板处，红色亚克力荧光板在点激光照射下，产生红色的荧光，并将红色荧光光束以及原有的激光光束透射至第二平凸透镜，将光束变成平行光，照射要观察的喷雾区域，再经过高通滤波片将激光过滤掉，最后只允许红色亚克力荧光板产生的红色荧光通过并进入CCD相机，CCD相机捕捉光信号；
所述激光波长为532nm；所述激光光斑直径为9mm；所述第一平凸透镜、第二平凸透镜的焦距均为100mm。
2.根据权利要求1所述一种去除激光阴影法试验中散斑现象的系统，其特征在于，还包括与石英玻璃平板相连的加热系统。
3.根据权利要求2所述一种去除激光阴影法试验中散斑现象的系统，其特征在于，所述加热系统包括：热电偶温度传感器、PID温控表、上金属托盘、下金属托盘、放置在上金属托盘和下金属托盘之间的加热丝、变压器、空气开关、固态继电器；所述上金属托盘上面放置石英玻璃平板；所述变压器的输入端连接220V交流电源，输出端一路连接在固态继电器的交流端，最后接入加热丝的其中一个电极，输出端一路通过空气开关最后接入加热丝的另一个电极；所述固态继电器的直流端连接温控表；所述加热丝通过传递热量给上金属托盘，然后将石英玻璃平板加热到设定的温度。
4.在权利要求1所述系统上实现的一种去除激光阴影法试验中散斑现象的方法，其特征在于，包括如下过程：
YAG激光器发出波长为532nm的激光束，经过第一平凸透镜后，将光斑汇聚在红色亚克力荧光板处，红色亚克力荧光板在点激光照射下，产生红色的荧光，波长625nm-740nm，并将红色荧光光束以及原有的激光光束透射至第二平凸透镜，将光束变成平行光，照射要观察的喷雾区域，再经过高通滤波片将激光过滤掉，最后只允许红色亚克力荧光板产生的红色荧光通过并进入CCD相机，CCD相机捕捉光信号，拍摄图像并传输至电脑。
5.在权利要求3所述系统上实现的一种去除激光阴影法试验中散斑现象的方法，其特征在于，包括如下过程：
加热石英玻璃平板模拟发动机壁面：连接系统，设定石英玻璃平板的目标温度为157℃，热电偶温度传感器测得的石英玻璃平板的表面温度低于157℃时，加热丝开始对石英玻璃平板进行加热；当热电偶温度传感器测得的石英玻璃平板的表面温度达到157℃后，加热丝停止对石英玻璃平板的加热过程；待石英玻璃平板表面温度降至157℃之下后，加热丝继续对石英玻璃平板加热至设定值；加热系统反复进行上述过程，使得石英玻璃平板表面温度稳定在157℃，达到温度控制的目的；
激光照射：光斑直径为9mm、波长为532nm的激光束，经过焦距为100mm的第一平凸透镜，将直径9mm的激光光斑汇聚在一点，以90°入射角照射在红色亚克力荧光板上，红色亚克力荧光板在点激光照射下，产生红色的荧光，其波长625nm-740nm，并将红色荧光光束以及原有532nm的激光光束透射至焦距为100mm的第二平凸透镜，将光束变成平行光，照射要观察的喷雾区域，再经过高通滤波片将532nm激光过滤掉，最后只允许红色亚克力荧光板产生的红色荧光通过并进入CCD相机；
CCD相机捕捉荧光信号：CCD相机捕捉光信号，拍摄图像并传输至电脑。
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