CN112730888A - 一种平面激光诱导荧光方法流场测速标定系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种平面激光诱导荧光方法流场测速标定系统，属于测速标定技术领域，能够解决现有流场测量系统中流场测速精度无法标定的问题。所述系统包括：第一激光器以及依次设置在第一激光器出射光路上的光学整形组件、反射件和透光屏；第一激光器用于输出激光束；光学整形组件用于将激光束整形成线状光束；反射件用于将线状光束反射至透光屏上；系统还包括图像采集装置、触发装置、转动装置和处理装置；反射件设置在转动装置上，转动装置用于带动反射件转动；触发装置用于触发图像采集装置，以使图像采集装置连续采集两张透光屏上的线性光束图像；处理装置用于根据两张线性光束图像，获得流场测量速度。本发明用于超高速流场测速精度的标定。

Description

一种平面激光诱导荧光方法流场测速标定系统
技术领域
本发明涉及一种平面激光诱导荧光方法流场测速标定系统，属于测速标定技术领域。
背景技术
超高速风洞流场速度测量系统的标定是一个世界难题，因为无法获得稳定的超高速的标准流场，这使得现有针对超高速流场的速度测量难度较大，精度无法确定；目前国际上也尚无精确有效标定流场速度的技术手段。
发明内容
本发明提供了一种平面激光诱导荧光方法流场测速标定系统，能够解决现有流场测量系统中流场速度测量精度无法标定的问题。
本发明提供了一种平面激光诱导荧光方法流场测速标定系统，所述系统包括：第一激光器以及依次设置在所述第一激光器出射光路上的光学整形组件、反射件和透光屏；所述第一激光器用于输出激光束；所述光学整形组件用于将所述激光束整形成线状光束；所述反射件用于将所述线状光束反射至所述透光屏上；所述系统还包括图像采集装置、触发装置、转动装置和处理装置；所述反射件设置在所述转动装置上，所述转动装置用于带动所述反射件转动；所述触发装置用于触发所述图像采集装置，以使所述图像采集装置连续采集两张所述透光屏上的线性光束图像；所述处理装置用于根据两张所述线性光束图像，获得流场测量速度。
可选的，所述转动装置包括转动台和驱动结构；所述反射件设置在所述转动台上；所述驱动结构与所述转动台的底面中心连接，所述驱动结构用于驱动所述转动台转动，以带动所述反射件转动。
可选的，所述触发装置包括第二激光器、光电探测器和光阑；所述光阑开设在所述转动台上，所述第二激光器和所述光电探测器分别位于所述转动台的上下侧；所述第二激光器输出的触发激光可通过所述光阑，被所述光电探测器接收；所述光电探测器用于在接收到所述触发激光后，向所述图像采集装置发送触发信号；所述图像采集装置用于在接收到所述触发信号后，延迟预设时长后，连续采集两张所述透光屏上的线性光束图像。
可选的，所述第二激光器为半导体激光器。
可选的，所述图像采集装置为高速相机。
可选的，所述处理装置具体用于：获取两张所述线性光束图像中两个所述线性光束之间的距离；获取所述距离与所述高速相机两次快门之间的时间间隔的比值，将所述比值作为流场测量速度。
可选的，所述光学整形组件包括球面透镜和柱透镜；所述球面透镜设置在所述柱透镜的入光侧；所述球面透镜和所述柱透镜用于将所述激光束整形成线状光束。
可选的，所述反射件为平面反射镜。
可选的，所述第一激光器为连续激光器。
可选的，所述光电探测器接收所述触发激光形成的信号为方波信号。
本发明能产生的有益效果包括：
本发明提供的平面激光诱导荧光方法流场测速标定系统，通过采用高速转镜法，并引入速度可以定标的移动激光条纹替代现有技术中风洞流场中产生的平面激光诱导荧光条纹，以此标定流场测量速度。该标定系统具有可重复性和标准性，各参量可溯源，可作为此类流场测量中速度测量范围和测量精度的标准。
附图说明
图1为本发明实施例提供的平面激光诱导荧光方法流场测速标定系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的图像采集模块采集的线状光束图像示意图；
图3为本发明实施例提供的光电探测器输出的信号示意图。
部件和附图标记列表：
11、第一激光器；12、反射件；13、透光屏；14、图像采集装置；15、转动台；16、驱动结构；17、第二激光器；18、光电探测器；19、光阑；20、球面透镜；21、柱透镜；22、线性光束图像；23、方波信号。
具体实施方式
下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
本发明实施例提供了一种平面激光诱导荧光方法流场测速标定系统，如图1至图3所示，所述系统包括：第一激光器11以及依次设置在第一激光器11出射光路上的光学整形组件、反射件12和透光屏13；第一激光器11用于输出激光束；光学整形组件用于将激光束整形成线状光束；反射件12用于将线状光束反射至透光屏13上；所述系统还包括图像采集装置14、触发装置、转动装置和处理装置；反射件12设置在转动装置上，转动装置用于带动反射件12转动；触发装置用于触发图像采集装置14，以使图像采集装置14连续采集两张透光屏13上的线性光束图像22；处理装置用于根据两张线性光束图像22，获得流场测量速度。
其中，图像采集装置14可以为高速相机；反射件12为平面反射镜；第一激光器11为连续激光器。
参考图1所示，光学整形组件可以包括球面透镜20和柱透镜21；球面透镜20设置在柱透镜21的入光侧；球面透镜20和柱透镜21用于将激光束整形成线状光束。
处理装置具体用于：获取两张线性光束图像22中两个线性光束之间的距离；获取距离与高速相机两次快门之间的时间间隔的比值，将该比值作为流场测量速度。
本发明通过采用高速转镜法，并引入速度可以定标的移动激光条纹替代现有技术中风洞流场中产生的平面激光诱导荧光条纹，以此标定流场测量速度。该标定系统具有可重复性和标准性，各参量可溯源，可作为此类流场测量中速度测量范围和测量精度的标准。
在本发明实施例中，转动装置包括转动台15和驱动结构16；反射件12设置在转动台15上；驱动结构16与转动台15的底面中心连接，驱动结构16用于驱动转动台15转动，以带动反射件12转动。
进一步的，触发装置包括第二激光器17、光电探测器18和光阑19；光阑19开设在转动台15上，第二激光器17和光电探测器18分别位于转动台15的上下侧；第二激光器17输出的触发激光可通过光阑19，被光电探测器18接收；光电探测器18用于在接收到触发激光后，向图像采集装置14发送触发信号；图像采集装置14用于在接收到触发信号后，延迟预设时长后，连续采集两张透光屏13上的线性光束图像22。
其中，第二激光器17为半导体激光器；光电探测器18可以为光电传感器。光电探测器18接收触发激光形成的信号为方波信号23。
具体的，参考图1至图3所示，连续激光器输出的连续激光，通过球面透镜20、柱透镜21、反射镜后，聚焦到透光屏13形成一条线状条纹；高速相机对焦到透光屏13上，拍摄条纹图像；转动台15上开有光阑19，半导体激光器输出的激光如果透过光阑19，就能够被光电传感器接收，输出的信号可以作为线状条纹位置的标记，用来触发高速相机的快门。
工作时，驱动结构16带动转动台15高速旋转，线状条纹在透光屏13上高速移动。光阑19随着转动台15也高速转动，光电传感器透过光阑19接收半导体激光器发出的激光，产生方波信号23，用于触发高速相机。高速相机延时一定时间，等待条纹转到相机视场内后，启动相机快门，连续拍摄两幅条纹图像。通过图像处理，得出两个条纹之间的距离，利用该距离除以相机两次快门之间的时间间隔，就得到测量速度。这样可以用来标定高速流场的平面激光诱导荧光方法测速的速度测量值的精度。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种平面激光诱导荧光方法流场测速标定系统，其特征在于，所述系统包括：第一激光器以及依次设置在所述第一激光器出射光路上的光学整形组件、反射件和透光屏；
所述第一激光器用于输出激光束；所述光学整形组件用于将所述激光束整形成线状光束；所述反射件用于将所述线状光束反射至所述透光屏上；
所述系统还包括图像采集装置、触发装置、转动装置和处理装置；所述反射件设置在所述转动装置上，所述转动装置用于带动所述反射件转动；所述触发装置用于触发所述图像采集装置，以使所述图像采集装置连续采集两张所述透光屏上的线性光束图像；所述处理装置用于根据两张所述线性光束图像，获得流场测量速度。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述转动装置包括转动台和驱动结构；所述反射件设置在所述转动台上；所述驱动结构与所述转动台的底面中心连接，所述驱动结构用于驱动所述转动台转动，以带动所述反射件转动。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述触发装置包括第二激光器、光电探测器和光阑；
所述光阑开设在所述转动台上，所述第二激光器和所述光电探测器分别位于所述转动台的上下侧；所述第二激光器输出的触发激光可通过所述光阑，被所述光电探测器接收；
所述光电探测器用于在接收到所述触发激光后，向所述图像采集装置发送触发信号；所述图像采集装置用于在接收到所述触发信号后，延迟预设时长后，连续采集两张所述透光屏上的线性光束图像。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第二激光器为半导体激光器。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述图像采集装置为高速相机。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述处理装置具体用于：
获取两张所述线性光束图像中两个所述线性光束之间的距离；
获取所述距离与所述高速相机两次快门之间的时间间隔的比值，将所述比值作为流场测量速度。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光学整形组件包括球面透镜和柱透镜；所述球面透镜设置在所述柱透镜的入光侧；
所述球面透镜和所述柱透镜用于将所述激光束整形成线状光束。
8.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述反射件为平面反射镜。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一激光器为连续激光器。
10.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述光电探测器接收所述触发激光形成的信号为方波信号。
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