CN109870453B - 一种测量装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种测量装置及系统，该装置包括第一光源发射器，用于产生第一光束，并将第一光束发射给第一调制器；第二光源发射器，用于产生第二光束，并将第二光束发射给第一调制器，第一光束的波长与第二光束的波长不同；第一调制器，用于将第一光束和第二光束合并成混合光束，并将混合光束传输至流场试验段；第二调制器，用于接收经过流场试验段后的混合光束，将混合光束分散成第一光束和第二光束，以使第一光束通过第一刀口射入相机，第二光束通过第二刀口射入摄像机；相机，用于根据第一光束形成流场试验段的阴影图像；摄像机，用于根据第二光束形成流场试验段的纹影图像。

Description

一种测量装置及系统

技术领域

本申请涉及测量成像技术领域，主要涉及一种测量装置及系统。

背景技术

纹影法与阴影法均是流体显示领域重要的光学显示手段，纹影法可显示的折射率一阶导数的不均匀性，阴影法可显示的折射率二阶导数的不均匀性，纹影法适合于拍摄于灵敏度高、细微变化的过程，而阴影仪适应于湍流等急剧变化的显示。

然而，目前还没有一种装置能够同时对灵敏度高、细微变化以及急剧变化的过程进行较好的采集和显示。

发明内容

本申请的目的在于提供一种测量装置及系统，用于解决现有技术中无法同时对灵敏度高、细微变化以及急剧变化的过程进行较好的采集和显示的问题。

为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案如下：

第一方面：本申请提供了一种测量装置，所述装置包括第一光源发射器、第二光源发射器、第一调制器、第二调制器、第一刀口、第二刀口、相机以及摄像机；所述第一光源发射器，用于产生第一光束，并将所述第一光束发射给所述第一调制器；所述第二光源发射器，用于产生第二光束，并将所述第二光束发射给所述第一调制器，所述第一光束的波长与第二光束的波长不同；所述第一调制器，用于将所述第一光束和第二光束合并成混合光束，并将所述混合光束传输至流场试验段；所述第二调制器，用于接收经过所述流场试验段后的所述混合光束，将所述混合光束分散成经过所述流场试验段后的所述第一光束和第二光束，以使经过所述流场试验段后的所述第一光束通过所述第一刀口射入所述相机，经过所述流场试验段后的所述第二光束通过所述第二刀口射入所述摄像机；所述相机，用于根据经过所述流场试验段后的所述第一光束形成所述流场试验段的阴影图像；所述摄像机，用于根据经过所述流场试验段后的所述第二光束形成所述流场试验段的纹影图像。

上述方案设计的装置，采用第一调节器和第二调节器，使得两种测量方式通过同一光路工作而不互相干扰，实现纹影和阴影同步测量，后续对流场试验段图像的分析效率更高。

在第一方面的可选实施方式中，所述第一调制器包括第一镀膜窄带反射镜，第二调制器包括第二镀膜窄带反射镜；所述第一镀膜窄带反射镜，用于将所述第一光束和第二光束合并成混合光束；所述第二镀膜窄带反射镜，用于将所述混合光束分散成经过所述流场试验段后的所述第一光束和第二光束。

上述方案设计的装置，镀膜窄带反射镜可以将不同波长的光进行合并和分离，使得进行纹影试验的光束与阴影试验的光束形成同一光路进行传输，在接收端时分离，使得两种测量方式工作而不互相干扰。

在第一方面的可选实施方式中，所述第一调制器还包括第一反射镜，所述第二调制器还包括第二反射镜；所述第一反射镜，用于接收所述第一镀膜窄带反射镜传输的混合光束，并将所述混合光束反射并形成平行的混合光束，以使平行的混合光束经过所述流场试验段；所述第二反射镜，用于接收经过所述流场试验段的平行的混合光束，并将所述混合光束反射汇聚到所述第二镀膜窄带反射镜。

在第一方面的可选实施方式中，所述第一调制器还包括第三反射镜，所述第二调制器还包括第四反射镜；所述第三反射镜，用于将所述第一镀膜窄带反射镜合并的光束反射到所述第一反射镜；所述第四反射镜，用于将所述第二反射镜反射并汇聚的光束反射到所述第二镀膜窄带反射镜。

在第一方面的可选实施方式中，所述第一调制器还包括第一凸透镜，所述第二调制器还包括第二凸透镜；所述第一凸透镜，用于接收所述第一镀膜窄带反射镜传输的混合光束，并将所述混合光束折射成平行的混合光束，以使平行的混合光束经过所述流场试验段；所述第二凸透镜，用于接收经过所述流场试验段的平行的混合光束，并将所述混合光束汇聚到所述第二镀膜窄带反射镜。

在第一方面的可选实施方式中，所述装置还包括滤光片，所述滤光片设置在所述摄像机的镜头处，用于过滤多余的激光。

上述方案设计的装置，增加滤光片防治多余的激光对摄像系统的干扰。

第二方面：本申请提供一种测量系统，所述系统包括控制器和如第一方面任意可选实施方式的所述测量装置，所述控制器分别与所述第一光源发射器、第二光源发射器、相机以及摄像机连接；所述控制器，用于控制所述第一光源发射器、第二光源发射器、相机以及摄像机同步工作。

上述方案设计的系统，采用第一调节器和第二调节器，使得两种测量方式通过同一光路工作而不互相干扰，实现纹影和阴影同步测量，后续对流场试验段图像的分析效率更高，加快了工作人员对流场试验段的研究进程。

在第二方面的可选实施方式中，所述控制器与所述第一光源发射器、第二光源发射器、相机以及摄像机的连接方式为电连接或通讯连接。

在第二方面的可选实施方式中，所述系统还包括计算机，所述计算机分别与所述控制器、相机以及摄像机连接；所述计算机，用于向所述控制器发送控制指令，接收并存储所述相机上传的阴影图像和所述摄像机上传的纹影图像。

在第二方面的可选实施方式中，所述计算机与所述相机以及摄像机的连接方式为USB连接。

上述方案设计的装置，通过USB的连接方式实现相机和摄像机与远程电脑的匹配。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的

前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本申请的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。

图1是本申请第一实施例提供的测量装置第一结构图；

图2是本申请第一实施例提供的测量装置第二结构图；

图3是本申请第一实施例提供的测量装置发射端结构图；

图4是本申请第一实施例提供的测量装置接收端结构图；

图5是本申请第一实施例提供的测量装置第三结构图；

图6是本申请第二实施例提供的测量系统整体结构图。

图标：1-发射端；2-接收端；10-第一光源发射器；20-第二光源发射器；30-第一调制器；301-第一镀膜窄带反射镜；302-第一反射镜；303-第三反射镜；304-第一凸透镜；40-第二调制器；401-第二镀膜窄带反射镜；402-第二反射镜；403-第四反射镜；404-第二凸透镜；50-第一刀口；60-第二刀口；70-相机；80-摄像机；101-控制器；102-计算机。

具体实施方式

为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

第一实施例

如图1所示，本申请提供一种测量装置，该装置包括第一光源发射器10、第二光源发射器20、第一调制器30、第二调制器40、第一刀口50、第二刀口60、相机70以及摄像机80。

第一光源发射器10，用于产生第一光束，并将第一光束发射给第一调制器30。

第二光源发射器20，用于产生第二光束，并将第二光束发射给第一调制器30，第一光束的波长与第二光束的波长不同。

第一调制器30，用于将第一光束和第二光束合并成混合光束，并将混合光束传输至流场试验段。

第二调制器40，用于接收经过流场试验段后的混合光束，将混合光束分散成经过流场试验段后的第一光束和第二光束，以使经过流场试验段后的第一光束通过第一刀口50射入相机70，经过流场试验段后的第二光束通过第二刀口60射入摄像机80。

相机70，用于根据第一光束形成流场试验段的阴影图像。

摄像机80，用于根据第二光束形成流场试验段的纹影图像。

对于上述方案，这里需要说明的是，在获得了纹影图像和阴影图像之后，可通过计算机对纹影图像和阴影图像进行进一步的分析。

由上述所说，第一调制器30将第一光束和第二光束合并成的光束混合光束，可为根据第一光束和第二光束的波长不同将两个光束进行简单的合并，例如，第二光束的波长处于第一调制器30可通过光的波长范围内，第一光束的波长处于第一调制器30可通过光的波长范围之外，那么第二光束就可以直接通过第一调制器30进行传输，第一光束入射到第一调制器30上会形成反射，调制第一光束形成反射的光路使其恰好与第二光束的光路为同一光路后即可形成混合光束。

同理，第二调制器40将混合光束分散成第一光束与第二光束，也可为根据第一光束和第二光束的波长不同来将两个光束进行分离的。

另外，只要能够实现此方案的方式都在本方案的保护范围之类，光学器件的位置摆放和类型并不限于本方案的保护范围。

上述方案设计的装置，采用第一调节器30和第二调节器40，使得两种测量方式通过同一光路工作而不互相干扰，实现纹影和阴影同步测量，后续对流场试验段图像的分析效率更高，加快了工作人员对流场试验段的研究进程。

在第一方面的可选实施方式中，第一光源发射器10可为激光发射器，第二光源发射器20可为普通光源发射器，例如发光二极管等，相机70可为CCD高速相机。

产生不同波长的激光与发光二极管光波，通过调制器进行合并和分离；另外激光发射器发射的激光经过流场试验段后与CCD高速相机配合，从而将待测量的流程试验段成像在CCD高速相机中，获得瞬态阴影的图像。瞬态阴影图像的获得解决了传统的纹影技术存在一定的时间和空间积分效应，三维的、高频流动结构很难在纹影技术中被清晰揭示，对于一系列空气动力研究过程中真正关心的复杂流动结构无法显示或只能模糊显示的问题。

在第一方面的可选实施方式中，第一调制器30包括第一镀膜窄带反射镜301，第二调制器40包括第二镀膜窄带反射镜401。

第一镀膜窄带反射镜301，用于将第一光束和第二光束合并成混合光束。

第二镀膜窄带反射镜401，用于将混合光束分散成第一光束和第二光束。

当第一调制器中包含第一镀膜窄带反射镜，第二调制器中包含第二镀膜窄带反射镜时，第一光源发射器可选择产生波长为532nm激光的激光发射器，第二光源发射器选择可选择常规波长700nm的发光二极管，700nm的常规光可透过第一镀膜窄带反射镜和第二镀膜窄带反射镜；532nm的激光不能透过第一镀膜窄带反射镜和第二镀膜窄带反射镜，会在镀膜窄带反射镜上进行反射，激光发射器与发光二极管的位置为如图所示的呈现90°的放置，这样可使第一光束与第二光束混合成同一光束。

另外，第一调制器中包含的可不仅是镀膜窄带反射镜，也可仅仅是镀膜窄带片等能够实现根据不同波长合并分离光束的装置或器件。

上述方案设计的装置，镀膜窄带反射镜可以将不同波长的光进行合并和分离，使得进行纹影试验的光束与阴影试验的光束形成同一光路进行传输，在接收端时分离，使得纹影和阴影的图像获得互不干扰。

在第一方面的可选实施方式中，如图2所示，把形成混合光束之前的设备可归纳为发射端1，把刀口和图像形成设备可归纳为接收端2；其中，发射端1和接收端2的具体结构分别如图3和图4所示，第一调制器30还包括第一反射镜302，第二调制器40还包括第二反射镜402。

第一反射镜302，用于接收第一镀膜窄带反射镜301传输的混合光束，并将混合光束反射并形成平行的混合光束，以使平行的混合光束经过流场试验段。

第二反射镜402，用于接收经过流场试验段的平行的混合光束，并将混合光束反射汇聚到第二镀膜窄带反射镜401。

对于上述所说，这里需要说明的是，第一反射镜302和第二反射镜402起到将混合光束进行传输的作用，将混合光束形成平行光后再反射传输到流场试验段，使得流程试验段在后续成像时更加清晰；另外，第一反射镜302能够实现将光进行反射并且反射后的光为平行光，那么第一反射镜302可为平面凹面镜；第二反射镜402可以起到将光进行反射并汇聚的作用，那么第二反射镜402可为凹面镜。

在第一方面的可选实施方式中，如图3和图4所示，第一调制器30还包括第三反射镜303，第二调制器40还包括第四反射镜403。

第三反射镜303，用于将第一镀膜窄带反射镜301合并的光束反射到第一反射镜302。

第四反射镜403，用于将第二反射镜402反射并汇聚的光束反射到第二镀膜窄带反射镜401。

对于上述所说，可知道第三反射镜303设置在第一镀膜窄带反射镜301和第一反射镜302之间，用于传输第一镀膜窄带反射镜301出射的混合光束，并把出射的混合光束反射成一定的角度，这样在到达第一反射镜302的时候的混合光束是具有一定的角度的，第一反射镜302能够更加容易的将混合光束反射形成平行的混合光束。

另外，第四反射镜403也是为了让后续第二反射镜402汇聚的光能够以合适的角度传输到第二镀膜窄带反射镜401上，最终使得第一光束和第二光束分别准确的射入相机70和摄像机80中。

由上述可知，第三反射镜303和第四反射镜403起到的作用都是为了使得调试更加的方便。

在第一方面的可选实施方式中，第一调制器30还包括第一凸透镜304，第二调制器40还包括第二凸透镜404。

第一凸透镜304，用于接收第一镀膜窄带反射镜301传输的混合光束，并将混合光束折射成平行的混合光束，以使平行的混合光束经过流场试验段。

第二凸透镜404，用于接收经过流场试验段的平行的混合光束，并将混合光束汇聚到第二镀膜窄带反射镜401。

对于上述方案，前面已说明通过平面凹面镜通过反射来形成平行光，在本次实施方式中可通过凸透镜来进行折射成平行光和汇聚光；其具体实现方式如下：

如图5所示，第一镀膜窄带反射镜301出射的混合光束从第一凸透镜304的焦点平面上入射第一凸透镜304，同时保证从第一镀膜窄带反射镜301出射的混合光束，是从第一凸透镜304的焦点处出射到第一凸透镜上，第一凸透镜304对混合光束进行折射形成平行的混合光束，并使得平行的混合光束通过流场试验段；第二凸透镜404和第一凸透镜304设置在同一直线上，并且其焦点平面一致，；这样，入射到第二凸透镜404上的经过流场试验段的平行的混合光束，就能够通过第二凸透镜404汇聚到第二镀膜窄带反射镜401上。

在第一方面的可选实施方式中，该装置还包括滤光片90，滤光片设置在摄像机的镜头处，用于过滤多余的激光。

对于上述方案，这里需要说明的是，由于激光强度很大，经过反射后，有少量的激光会透过第二调制器或者说是第二镀膜窄带反射镜与第二光束一起进入摄像机80，进而对摄像机形成纹影图像造成影响，因此，需要在摄像机镜头前增加一个滤光片90，该滤光片90可为负滤光片，进一步过滤掉多余的第一光束。另外，该滤光片的过滤波长与第一光束的波长保持一致。

第二实施例

如图6所示，本申请提供一种测量系统，该系统包括控制器101和第一实施例中任意实施方式中的测量装置，控制器101分别与第一光源发射器10、第二光源发射器20、相机70以及摄像机80连接，

控制器101，用于控制第一光源发射器10、第二光源发射器20、相机70以及摄像机80同步工作。

对于上述方案，这里需要说明的是，控制器在接到高电平触发信号后，同时给相机70、摄像机80、第一光源发射器10以及第二光源发射器20触发信号，令其都以相同的频率工作，第一光源发射器10和第二光源发射器20的出光时间为10ns，相机70和摄像机80的单帧曝光时间在40us-1s范围内预先设置，于是光源发射器的出光一定在每次曝光时间内，一旦触发高电平信号停止，所有器件都停止工作；控制器还可用于简单的图像处理功能，满足对采集图像的字符叠加功能，将预设字符信号与图像同时保存，为后期图像的批量处理提供标志。

另外，控制器101与第一光源发射器10、第二光源发射器20、相机70以及摄像机80的连接方式可为电联接的方式。

在第二方面的可选实施方式中，该系统还包括计算机102，计算机102分别与控制器101、相机70以及摄像机80连接；

计算机102，用于向控制器101发送控制指令，接收并存储相机70上传的阴影图像和摄像机80上传的纹影图像。

计算机102可进行纹影和阴影图像的处理分析，获得试验流场的复杂结构，将流场的复杂结构进行显示并分析。

另外，计算机102与相机70以及摄像机80的连接方式为USB连接。

由于相机70本身所有接口是不对外开放的，所以用USB数据线将两者互联，用以调用数字相机的相关拍摄指令，同时利用控制器101作为相机的暂存器。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种测量装置，其特征在于，所述装置包括第一光源发射器、第二光源发射器、第一调制器、第二调制器、第一刀口、第二刀口、相机以及摄像机；

所述第一光源发射器，用于产生第一光束，并将所述第一光束发射给所述第一调制器；

所述第二光源发射器，用于产生第二光束，并将所述第二光束发射给所述第一调制器，所述第一光束的波长与第二光束的波长不同；

所述第一调制器，用于将所述第一光束和第二光束合并成混合光束，并将所述混合光束传输至流场试验段；

所述第二调制器，用于接收经过所述流场试验段后的所述混合光束，将所述混合光束分散成经过所述流场试验段后的所述第一光束和第二光束，以使经过所述流场试验段后的所述第一光束通过所述第一刀口射入所述相机，经过所述流场试验段后的所述第二光束通过所述第二刀口射入所述摄像机；

所述相机，用于根据经过所述流场试验段后的所述第一光束形成所述流场试验段的阴影图像；

所述摄像机，用于根据经过所述流场试验段后的所述第二光束形成所述流场试验段的纹影图像。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述第一调制器包括第一镀膜窄带反射镜，第二调制器包括第二镀膜窄带反射镜；

所述第一镀膜窄带反射镜，用于将所述第一光束和第二光束合并成混合光束；

所述第二镀膜窄带反射镜，用于将所述混合光束分散成经过所述流场试验段后的所述第一光束和第二光束。

3.根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述第一调制器还包括第一反射镜，所述第二调制器还包括第二反射镜；

所述第一反射镜，用于接收所述第一镀膜窄带反射镜传输的混合光束，并将所述混合光束反射并形成平行的混合光束，以使平行的混合光束经过所述流场试验段；

所述第二反射镜，用于接收经过所述流场试验段的平行的混合光束，并将所述混合光束反射汇聚到所述第二镀膜窄带反射镜。

4.根据权利要求3所述装置，其特征在于，所述第一调制器还包括第三反射镜，所述第二调制器还包括第四反射镜；

所述第三反射镜，用于将所述第一镀膜窄带反射镜合并的光束反射到所述第一反射镜；

所述第四反射镜，用于将所述第二反射镜反射并汇聚的光束反射到所述第二镀膜窄带反射镜。

5.根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述第一调制器还包括第一凸透镜，所述第二调制器还包括第二凸透镜；

所述第一凸透镜，用于接收所述第一镀膜窄带反射镜传输的混合光束，并将所述混合光束折射成平行的混合光束，以使平行的混合光束经过所述流场试验段；

所述第二凸透镜，用于接收经过所述流场试验段的平行的混合光束，并将所述混合光束汇聚到所述第二镀膜窄带反射镜。

6.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述装置还包括滤光片，所述滤光片设置在所述摄像机的镜头处，用于过滤多余的激光。

7.一种测量系统，其特征在于，所述系统包括控制器和如权利要求1-6中任意一项所述测量装置，所述控制器分别与所述第一光源发射器、第二光源发射器、相机以及摄像机连接；

所述控制器，用于控制所述第一光源发射器、第二光源发射器、相机以及摄像机同步工作。

8.根据权利要求7所述系统，其特征在于，所述控制器与所述第一光源发射器、第二光源发射器、相机以及摄像机的连接方式为电连接或通讯连接。

9.根据权利要求7所述系统，其特征在于，所述系统还包括计算机，所述计算机分别与所述控制器、相机以及摄像机连接；

所述计算机，用于向所述控制器发送控制指令，接收并存储所述相机上传的阴影图像和所述摄像机上传的纹影图像。

10.根据权利要求9所述系统，其特征在于，所述计算机与所述相机以及摄像机的连接方式为USB连接。