CN114815281B - 一种高精度纹影系统光路调节装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度纹影系统光路调节装置及其使用方法，属于动力机械领域。一种高精度纹影系统光路调节装置，激光发射器与激光接收器均水平设置，激光发射器射出水平激光，激光接收器接收水平激光，定容弹平行于水平激光，其中一个纹影仪、定容弹、光学传感器和另一个纹影仪沿平行于水平激光的方向依次设置，且定容弹的入射窗和透视窗分别对应其中一个纹影仪和光学传感器，光源照射其中一个纹影仪，相机对应另一个纹影仪设置，光学传感器的信号输出端连接电脑的信号输入端。本发明完善了纹影法精度问题，可在不变动整体光路的情况下移动开光学传感器，不会对整体造成影响。本发明成本低、可靠性高、便捷，整体完善程度较高。

Description

一种高精度纹影系统光路调节装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种高精度纹影系统光路调节装置及其使用方法，属于动力机械领域。

背景技术

在内燃机可视化技术研究领域，当前最常用的两种方法是MIE散射法和纹影法，其中纹影法由于其能够显示出定容弹内部肉眼不可见的流场，在可视化应用方面有着重要的意义。针对纹影法的研究，纹影法有着多种的光路，如Z型光路、T型光路以及BOS法光路，在三种光路中，由于条件的要求以及限制，最常用的是Z型光路。

目前内燃机可视化过程中，对于精度的要求越来越高，实现信息的精确采集时当前可视化技术研究过程中的重头戏。在MIE散射法方面由于MIE散射法并不能完整的检测出肉眼不可见的流场，在测试精度方面要求并不是太高。为了研究定容弹内气场以及流场变化，纹影法的精度要求不可避免的较高，因此，高精度纹影法的开发成为了新的研究重点，内燃机可视化研究需要一种高精度纹影系统的发明。

针对于纹影法在定容弹可视化的应用，要想提升可视化实验的准确性，需要保证数据采集的精确度。目前针对纹影法的改进，主要是通过对光线滤镜的调整，调整光线的波长，亦或是通过提升光线亮度以及相机采集精度确保信息的获取程度。同样有部分研究基于整体系统的光路，但在光路设置中会在镜面上加装装置，在一定程度上会影响整体光路。

发明内容

本发明提出了一种高精度纹影系统光路调节装置及其使用方法，以避免在光路设置中会在镜面上加装装置实现光线矫正，加装装置在一定程度上会影响整体光路的问题。

一种高精度纹影系统光路调节装置，包括激光接收器、激光发射器、两个纹影仪、光源、定容弹、相机、光学传感器和电脑，激光发射器与激光接收器均水平设置，激光发射器射出水平激光，激光接收器接收水平激光。

定容弹平行于水平激光，其中一个纹影仪、定容弹、光学传感器和另一个纹影仪沿平行于水平激光的方向依次设置，且定容弹的入射窗和透视窗分别对应其中一个纹影仪和光学传感器，光源照射其中一个纹影仪，相机对应另一个纹影仪设置，光学传感器的信号输出端连接电脑的信号输入端。

进一步的，高精度纹影系统光路调节装置还包括水平仪，水平仪分别安装在激光发射器、激光接收器和定容弹上，其中，

安装于激光发射器和激光接收器上的水平仪，用于使激光发射器和激光接收器调至水平；

安装于定容弹上的水平仪，用于确保定容弹本身平行于水平激光。

进一步的，高精度纹影系统光路调节装置还包括三角架，光学传感器安装在三角架上。

进一步的，光学传感器垂直于地面设置。

一种高精度纹影系统光路调节装置的使用方法，基于上述的一种高精度纹影系统光路调节装置，高精度纹影系统光路调节装置的使用方法包括以下步骤：

S100、水平设置激光接收器和激光发射器，并使得激光发射器射出水平激光，激光接收器接收水平激光；

S200、通过水平激光对由两个纹影仪、定容弹和光学传感器组成的光路系统进行校订，使光路系统的光路平行于水平激光；

S300、开启光源，光源对应的一个纹影仪反射光源发出的光，反射光经定容弹照射在光学传感器上；

S400、光学传感器受到光照后，向电脑发送电信号，电脑实时检测电信号，根据实时的电信号反馈对左侧纹影仪进行调整，判断定容弹内光线与水平激光是否平行，使光路系统的光路稳定，若稳定，执行S500；否则，重复S400持续调整左侧纹影仪；

S500、撤掉光学传感器，使得光路通过与相机对应的一个纹影仪反射至相机的镜头上，相机采取信息。

进一步的，在S100中，具体的，通过激光接收器和激光发射器上的水平仪将激光接收器和激光发射器调至水平。

进一步的，在S400中，通过调整左侧纹影仪保证通过定容弹的光线保持水平于定容弹外壳。

本发明的有益效果：本发明提出了一种高精度纹影系统光路调节装置及其使用方法，利用光路的改善，通过外在的水平激光对光路系统的平行进行校订，整体结构采用了一种几何学方法，确保通过定容弹的光线的平行程度，从而完善了纹影法精度问题。整体发明采用了外部加装的方式，外部的水平激光并不会影响光路系统，内部的光学传感器由于有三脚架的支撑，可以在不变动整体光路的情况下移动开，并不会对整体造成影响。相比于目前的技术，本发明成本低、可靠性高、便捷，整体完善程度较高，能够实现高精度纹影系统。

附图说明

图1为本发明的一种高精度纹影系统光路调节装置的光路系统示意图；

图2为光学传感器光亮图；

图3为本发明的一种高精度纹影系统光路调节装置的光路校准流程；

图4为光线路程图。

其中，1为水平仪，2为激光接收器，3为激光发射器，4为两个纹影仪，5光源，6定容弹，7相机，8三脚架，9光学传感器，10电脑。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明主要针对于光路的改进，在不涉及光线的情况下进行研究发明，从而实现整体精度的提高，提出了一种高精度纹影系统。

Z型光路通过镜面将射入的光转换成为平行光，该平行光穿过检测区域从而测得相关信息，实现可视化。平行光的作用主要是保证定容弹内部信息收集完整性，整体系统的精准程度取决于如何确保光线的平行，保证光线在穿过测试区时与测试区整体系统，即定容弹保持平行，是提高整体纹影法精度的重要策略。

为了确保光路的平行，本发明针对整体定容弹测试系统发明了一套光路调节装置。主要是基于激光的直线性质进行测试。通常的保证纹影法光路平行的方法中，都要基于光路进行实现，本发明并不会遮挡到光路中光线，避免了相关的干扰。

参照图1所示，一种高精度纹影系统光路调节装置，包括激光接收器2、激光发射器3、两个纹影仪4、光源5、定容弹6、相机7、光学传感器9和电脑10，其特征在于，激光发射器3与激光接收器2均水平设置，激光发射器3射出水平激光，激光接收器2接收水平激光，

定容弹6平行于水平激光，其中一个纹影仪4、定容弹6、光学传感器9和另一个纹影仪4沿平行于水平激光的方向依次设置，且定容弹6的入射窗和透视窗分别对应其中一个纹影仪4和光学传感器9，光源5照射其中一个纹影仪4，相机7对应另一个纹影仪4设置，光学传感器9的信号输出端连接电脑10的信号输入端。

具体的，本发明的一种高精度纹影系统光路调节装置，主要采用光线在空气中传播路径可以看作直线，通过水平仪1保证定容弹6和光线保持平行，在确保通过定容弹6的光线平行通过时使用光学传感器9对光线强度数据进行检测，从而确保定容弹6内光线与激光射线平行，即可保证通过定容弹6的光线为水平光线，通过相机7的水平放置从而保证光线被相机7水平，准确的接收。

参照图1所示，整体系统布置上保持水平，通过激光发射器3发出光束并通过水平仪1进行调整保持激光射线的水平。同样，在定容弹6上放置水平仪1确保定容弹6与激光射线水平。

为使得光线通过定容弹6后能将整个定容弹6的可视窗点亮，在左侧光线发射过程中保证光线的粗细程度较大，从而保证光线通过定容弹6后能够完全覆盖右侧的透视窗。之后左侧的纹影仪4在反射光线通过定容弹6后会射到光学传感器9上，光学传感器9主要检测光线通过视窗后的光线强度，预先测取得光线平行后打在光学传感器9上的数值，在正常调试过程中，光学传感器9检测光线通过定容弹6的光线强度，并通过数据采集线将数据传输至电脑10，电脑10通过对比数据进行判断光线是否平行。参照图2所示，光线通过定容弹6后打在光学传感器9上，如果光线在光学传感器9上光斑符合纹影部分尺寸，并未出现偏移或则扩大、缩小，而光线偏移情况下光学传感器9接收到光线的程度会改变，从而导致整体测得光强的数值改变，在电脑10测算得光线平行后即满足平行。通过平行分析可以知道此时光线在定容弹6中通过路径即与定容弹6平行，进一步可知与激光平行。

进一步的，高精度纹影系统光路调节装置还包括水平仪1，水平仪1分别安装在激光发射器3、激光接收器2和定容弹6上，其中，

安装于激光发射器3和激光接收器2上的水平仪1，用于使激光发射器3和激光接收器2调至水平；

安装于定容弹6上的水平仪1，用于确保定容弹6本身平行于水平激光。

进一步的，高精度纹影系统光路调节装置还包括三角架8，光学传感器9安装在三角架8上。

进一步的，光学传感器9垂直于地面设置。

具体的，其中如图1所示光学传感器9的位置设定在右侧纹影仪4前，保证光线的接收，其中光学传感器9的放置使用三脚架8，同时设置过程中要保证光学传感器9垂直于地面，通过水平仪1可以实现垂直的调整，同时保证三脚架8同激光射线垂直。图1中可以看出在光学传感器9后方再设置纹影仪4以及对应的相机7，确保光路稳定后能够采取信息。

参照图3和图4所示，一种高精度纹影系统光路调节装置的使用方法，基于上述的一种高精度纹影系统光路调节装置，高精度纹影系统光路调节装置的使用方法包括以下步骤：

S100、水平设置激光接收器2和激光发射器3，并使得激光发射器3射出水平激光，激光接收器2接收水平激光；

S200、通过水平激光对由两个纹影仪4、定容弹6和光学传感器9组成的光路系统进行校订，使光路系统的光路平行于水平激光；

S300、开启光源5，光源5对应的一个纹影仪4反射光源5发出的光，反射光经定容弹6照射在光学传感器9上；

S400、光学传感器9受到光照后，向电脑10发送电信号，电脑10实时检测电信号，根据实时的电信号反馈对左侧纹影仪4进行调整，判断定容弹6内光线与水平激光是否平行，使光路系统的光路稳定，若稳定，执行S500；否则，重复S400持续调整左侧定容弹4；

S500、撤掉光学传感器9，使得光路通过与相机7对应的一个纹影仪4反射至相机7的镜头上，相机7采取信息。

进一步的，在S100中，具体的，通过激光接收器2和激光发射器3上的水平仪1将激光接收器2和激光发射器3调至水平。

进一步的，在S400中，通过调整左侧纹影仪(4)保证通过定容弹(6)的光线保持水平于定容弹(6)外壳。

具体的，参照图3所示，分别打开激光发射器3和激光接受器2，调整光学传感器9、激光发射器3和激光接受器2等的位置使其各自水平。将相关设备准备完成后，即可开始测定光学传感器9上光强数值，从而确定是否使得光线平行从而满足纹影的高精度要求。整个系统中光线的移动路径如图4所示，从光源出发，通过纹影仪4反射后穿过定容弹6，再射在光学传感器9上，在光线达到光学传感器9之后，光学传感器9进行光强的数值测取，如图2所示，并将数值传输至电脑10上从而通过反馈实时调整光路系统保证光线的水平状态。如果，去除光学传感器9，可以看出光路系统中的光路将会直接摄入到相机中，从而能够实现高精度纹影法采集图片。在一系列处理过后，保证了光线通过定容弹6的水平程度，即可通过三脚架8将光学传感器9移走，使得光线直接进入相机7，相机7能够保证采集图片。

Claims (6)

1.一种高精度纹影系统光路调节装置，其特征在于，包括激光接收器(2)、激光发射器(3)、两个纹影仪(4)、光源(5)、定容弹(6)、相机(7)、三脚架(8)、光学传感器(9)和电脑(10)，所述激光发射器(3)与激光接收器(2)均水平设置，所述激光发射器(3)射出水平激光，所述激光接收器(2)接收所述水平激光，

所述定容弹(6)平行于所述水平激光，其中一个纹影仪(4)、定容弹(6)、光学传感器(9)和另一个纹影仪(4)沿平行于所述水平激光的方向依次设置，且所述定容弹(6)的入射窗和透视窗分别对应所述其中一个纹影仪(4)和光学传感器(9)，所述光源(5)照射所述其中一个纹影仪(4)，所述相机(7)对应所述另一个纹影仪(4)设置，所述光学传感器(9)的信号输出端连接所述电脑(10)的信号输入端；

所述高精度纹影系统光路调节装置还包括水平仪(1)，所述水平仪(1)分别安装在所述激光发射器(3)、激光接收器(2)和定容弹(6)上，其中，

安装于所述激光发射器(3)和激光接收器(2)上的水平仪(1)，用于使激光发射器(3)和激光接收器(2)调至水平；

安装于所述定容弹(6)上的水平仪(1)，用于确保定容弹(6)本身平行于水平激光。

2.根据权利要求1所述的一种高精度纹影系统光路调节装置，其特征在于，所述高精度纹影系统光路调节装置还包括三脚架(8)，所述光学传感器(9)安装在所述三脚架(8)上。

3.根据权利要求2所述的一种高精度纹影系统光路调节装置，其特征在于，所述光学传感器(9)垂直于地面设置。

4.一种高精度纹影系统光路调节装置的使用方法，基于权利要求1-3任一项所述的一种高精度纹影系统光路调节装置，其特征在于，所述高精度纹影系统光路调节装置的使用方法包括以下步骤：

S100、水平设置激光接收器(2)和激光发射器(3)，并使得激光发射器(3)射出水平激光，激光接收器(2)接收水平激光；

S200、通过水平激光对由两个纹影仪(4)、定容弹(6)和光学传感器(9)组成的光路系统进行校订，使所述光路系统的光路平行于所述水平激光；

S300、开启光源(5)，光源(5)对应的一个纹影仪(4)反射光源(5)发出的光，反射光经定容弹(6)照射在光学传感器(9)上；

S400、光学传感器(9)受到光照后，向电脑(10)发送电信号，电脑(10)实时检测电信号，根据实时的电信号反馈对左侧纹影仪(4)进行调整，判断定容弹(6)内光线与水平激光是否平行，使光路系统的光路稳定，若稳定，执行S500；否则，重复S400持续调整左侧纹影仪(4)；

S500、撤掉光学传感器(9)，使得光路通过与相机(7)对应的一个纹影仪(4)反射至相机(7)的镜头上，相机(7)采取信息。

5.根据权利要求4的一种高精度纹影系统光路调节装置的使用方法，其特征在于，在S100中，具体的，通过激光接收器(2)和激光发射器(3)上的水平仪(1)将激光接收器(2)和激光发射器(3)调至水平。

6.根据权利要求5的一种高精度纹影系统光路调节装置的使用方法，其特征在于，在S400中，通过调整左侧纹影仪(4)保证通过定容弹(6)的光线保持水平于定容弹(6)外壳。

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