CN201993091U - 运动火源扩散火焰锋面三维结构测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开运动火源扩散火焰锋面三维结构测量系统，测量系统包括激光器、片光面透镜、扩散燃烧器、同步控制器、稳压及光照电源、计算机、图像采集卡、图像采集装置、光学系统调节装置、成像光学系统、速度控制系统；成像光学系统包括右侧一次反射镜片、右侧二次反射镜片、遮光板、平面透镜、准直透镜、左侧二次反射镜片和左侧一次反射镜片。本实用新型能通过速度控制系统调节燃烧器的运动速度，且能调节扩散火焰大小，从而获得运动火源在各种运动速度和燃烧强度下的扩散火焰锋面。本实用新型还能通过成像光学系统实现在CCD成像元件上同时得到火焰锋面左右两侧面的影像，可以实现非接触式测量，通过图像重构获得高精度火焰锋面的三维结构。

Description

运动火源扩散火焰锋面三维结构测量系统

技术领域

本实用新型涉及火焰锋面测量技术领域，特别涉及运动火源扩散火焰锋面三维结构测量系统。

背景技术

燃料和氧化剂在燃烧之前是分开的火焰形式称为非预混燃烧火焰(non-premixed flame)。非预混燃烧火焰主要是通过燃料与氧化剂之间相互扩散来进行的，因而又称为扩散火焰(diffusion flame)。扩散火焰是自然界和实际应用中较常见的一种火焰形式，如蜡烛的火焰，煤和木材等固体燃料直接燃烧产生的火焰，火箭发动机、航空发动机、燃气轮机和柴油机中的直喷燃油燃烧产生的火焰都属于扩散火焰。其中，液体或固体燃料直接燃烧引起的火灾便上一种现实生活中最常见的、在时间和空间上失去控制的扩散燃烧，也是一种违反人们意愿并对生命、财产、环境和文化遗产等具有破坏性的燃烧。

目前，各国研究者对扩散燃烧及其火焰结构研究较广泛，从火焰特征的提取、固态可燃物的热解与着火、火焰蔓延和材料的燃烧、火焰面间断的界面捕捉、特殊火行为(回燃、轰燃、火旋风和扬沸等)、火焰结构的数值模拟、火焰的分形结构特征等方面着手推动着扩散燃烧理论体系的发展。然而，已有的这类研究几乎均是基于这一前提条件，即引起扩散燃烧的火源点是静止的，这与静止火源着火等引起的燃烧情景是吻合的。但在许多实际情况下，也会发生火源仍处于运动状况这类扩散燃烧场景，如高速运动物体(如高速列车、赛车、飞机和航天飞行器等)表面起火引起的燃烧。随着社会发展和各种交通工具增多，运行速度加快，高速运动物体表面起火，即运动火源扩散燃烧产生的火焰更具广泛性、复杂性和多变性。但迄今为止，人们仍未能清晰地认识运行火源扩散火焰结构的本质和规律，也未能产生能够准确表征其火焰锋面结构特性的数学模式。

运动火源扩散燃烧引起的火焰结构要比普通受限空间内固定火源预混燃烧产生的火焰结构更为复杂，仅仅依靠已有的经验常识、火焰锋面结构模型等已不足以深入认识这种火焰行为。同时，运动火源下火焰锋面三维结构特性的研究是准确评估这一类型火焰湍流发展态势、着火、熄火等的基础性工作。然而关于高速运动条件下非混燃烧火焰锋面结构的研究，国内外相关的文献甚为鲜见。因此，对运动火源火焰锋面图像的灰度、彩色、空间纹理、几何形状等特征的提取与识别，从而进行全面、深入的研究就显得十分必要。

扩散火焰锋面(flame front)通常是向未燃气流中传播的、形状皱褶的化学反应薄层，它是通过以固体辐射的可见光展现出来的，温度较高的区域便可以认为是火焰锋面区域。扩散火焰锋面是一种被高度扭曲的分裂且皱褶的几何表现，在对其进行定量分析时，传统的欧几里德几何显得无能为力，完全通过数值模拟和理论推导来进行可视化研究还有较大的困难。因而，很有必要通过实验手段来探询运动火源火焰锋面的几何特征及其运动规律。

近年来，随着激光、同步和计算机技术的发展，基于光散射原理的全场方法成为测量火焰前锋图像的主要手段。但常规的单镜头CCD或者单镜头高速摄影摄像由于采用的是单视角拍摄，缺乏三维立体感，只能用于二维火焰前锋特征的分析。为了得到真实的三维火焰前锋特征及运动图像，现有的方法主要有三种：

(1)一是采用多个CCD相机，从不同角度拍摄。其不足在于各CCD相机间很难做到同步拍摄，获得的火焰锋面难免会产生纹影和普通照相方法带来的空间积分效果，需要复杂的标定过程才能获得火焰前锋的三维空间几何特征及其运动轨迹。

(2)二是采用激光全息摄像技术。该方法的主要优点是能够直接记录火焰前锋三维内空间的全部流场信息，但现有的全息成像系统非常复杂，且全息胶片中同时会记录下火焰前锋周围空间碳粒子的散射及无用的噪音信号，需进行复杂处理才能对火焰前锋作定性分析，而不能作定量分析。

(3)三是采用由20世纪70年代末的固体散斑法发展而来，90年代后期成熟的粒子图像测速(PIV)技术。该方法是通过硬件设备拍摄并测量燃烧湍流场中跟随火焰运动的颗粒(示踪粒子)的速度图像，应用图像处理算法提取示踪粒子速度信息，显示燃烧湍流场的速度矢量分布。由于加入的示踪粒子可能对燃烧湍流场产生干扰，且需进一步图像边界提取，因而用于火焰前锋的三维空间几何形状的获取准确度不高。

总之，由于传统的图像获取方法在运行火源扩散火焰锋面三维结构显示方面的局限性，迫切需要对其进行改进。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本实用新型提供了运动火源扩散火焰锋面三维结构测量系统。本实用新型可以克服传统火焰锋面结构测量过程中着火火源点无法移动且其运行速度无法控制的缺陷；也可以克服单镜头CCD或者单镜头高速摄影摄像无法获得火焰前锋的三维空间几何特征及其运动轨迹以及跟随性较差等问题。本实用新型可以通过以下技术方案予以实现。

一种运动火源扩散火焰锋面三维结构测量系统，包括激光器、片光面透镜、扩散燃烧器、同步控制器、稳压及光照电源、计算机、图像采集卡、图像采集装置、成像光学系统和速度控制系统，在所述激光器发出的光路中设置能形成一个具有1.0~3.0mm厚度和12°~20°张角片光束的所述片光面透镜，所述片光面透镜位于所述激光器与扩散燃烧器之间，所述激光器依次通过所述同步控制器、稳压及光照电源与所述计算机连接；在所述扩散燃烧器的火焰和图像采集装置之间设置有将待测火焰左、右两侧图像同时成像于图像采集装置表面的所述成像光学系统；图像采集装置通过图像采集卡与计算机连接，实时接收成像光学系统所形成的左、右两侧火焰锋面图像，扩散燃烧器与所述速度控制系统连接。

上述的运动火源扩散火焰锋面三维结构测量系统中，所述图像采集卡同时与用于火焰锋面图像采集频率控制的采集控制装置连接。

上述的运动火源扩散火焰锋面三维结构测量系统中，所述成像光学系统包括有右侧一次反射镜片、右侧二次反射镜片、遮光板、平面透镜、准直透镜、左侧二次反射镜片和左侧一次反射镜片，在扩散燃烧器燃烧产生的火焰锋面发出的光路中设置形成左光束和右光束；在左束光路中，依次设置将光束改向的所述左侧一次反射镜片、左侧二次反射镜片；在右束光路中，也依次设置将光束改向的所述右侧一次反射镜片、右侧二次反射镜片；左侧一次反射镜片将光束反射至左侧二次反射镜片，右侧一次反射镜片将光束反射至右侧二次反射镜片，从左侧二次反射镜片和右侧二次反射镜片出来的左、右两束光的相交处，设置一块平面透镜，平面透镜之后设置一块将光束变为平行光的准直透镜，准直透镜与图像采集装置的成像元件同轴，实现在一个成像元件上同时得到火焰锋面左、右两侧的图像。

上述的运动火源扩散火焰锋面三维结构测量系统中，在扩散燃烧器燃烧产生的待测火焰和图像采集装置之间设置有用以遮挡未经过改向的光束直接进入平面透镜和准直透镜的一块遮光板。

上述的运动火源扩散火焰锋面三维结构测量系统，还包括与成像光学系统相连的光学系统调节装置，用于调节右侧一次反射镜片与垂直面的夹角α、右侧二次反射镜片与垂直面的夹角θ、左侧二次反射镜片与垂直面的夹角γ、左侧一次反射镜片与垂直面的夹角β的大小。

上述的运动火源扩散火焰锋面三维结构测量系统，所述扩散燃烧器固定于可作直线运动或旋转运行的机械运动装置上，机械运动装置与速度控制系统连接，以调节扩散燃烧器的运动速度，机械运动装置可以是直线运动装置或圆周运动装置中的一种。所述片光面透镜包括柱面镜和球面镜；所述图像采集装置为CCD照相机或者高速摄像仪。

利用上述测量系统的运动火源扩散火焰锋面三维结构测量方法，包括：

所述同步控制器触发激光器产生的激光脉冲通过所述片光面透镜，变成所需的片光，照亮整个被测火焰锋面区域；激光器发出一个指令到同步控制器，由同步控制器控制图像采集装置同步工作；

启动计算机中的图像采集控制软件，先将图像采集装置的光圈数调到最大，同时将图像采集控制软件设定在实时图像显示状态，通过图像采集装置观看所拍摄火焰锋面图像的效果；根据火焰锋面区域光线情况，调节采集装置焦距，配合光圈再进一步确定曝光时间，直至获得清晰的火焰锋面图像；

利用速度控制系统控制扩散燃烧器的移动速度；在各速度下，同步控制器触发激光器、图像采集装置与图像采集卡、采集控制装置，对不同速度下的火焰锋面图像进行测量；

计算机中的数据采集软件开始采集数据，同时图像采集装置进行火焰锋面图像拍摄；图像拍摄完毕后，停止数据采集，对采集到的一些火焰锋面图像进行互相关分析，直至能够获得清晰的图像，保存火焰锋面图像；

测试结束后，熄灭火，保存好所得的实验数据，将测量系统恢复到初始状态；

图像采集装置所记录的火焰锋面左、右两侧的数字影像图经过计算机三维图像重构处理，能数值再现三维图包含的火焰两相流固相颗粒团三维浓度场，结合成时间序列分布的火焰运动图像，还能够得到火焰两相流的三维速度场，从而获得火焰锋面的三维结构。

上述的测量方法中，通过调节夹角α、夹角θ、夹角γ和夹角β之间的关系，可将左、右两侧不同位置处的火焰锋面图像同时成像于图像采集装置的成像元件表面。

上述的测量方法中，通过调节扩散燃烧器中喷嘴的开度控制所产生火焰的高度和宽度；调节片光面透镜使火焰锋面区域的片光厚度达到1.0~3.0mm，张角达到12°~20°。

与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型的测量系统结构简单，参数稳定，操作灵活方便，能够通过速度控制系统调节扩散燃烧器位于直线运动装置上时的直线运动速度，或位于圆周运动装置上时的转速和线速度，产生火源在各种运动速度下的扩散火焰锋面；本实用新型中的扩散燃烧器能调节所产生的扩散火焰大小，从而可呈现出不同燃烧强度下的扩散火焰锋面结构特征；本实用新型中的成像光学系统使得在使用一台CCD照相机或高速摄像仪对火焰锋面进行拍摄时，CCD成像元件上能够同时获得火焰锋面左右两侧面的影像，避免了多摄像机系统存在的同步性差、成本高等问题。

2、利用本实用新型中的成像光学系统，图像采集装置所记录的火焰锋面左、右两侧的数字影像图经过亚像素模式识别、逆向投影算法重建、纹理贴图等计算机三维图像重构处理，可数值再现三维图包含的火焰两相流固相颗粒团三维浓度场，结合成时间序列分布的火焰运动图像，还能够得到火焰两相流的三维速度场，从而获得火焰锋面的三维结构，可以用来研究火焰的瞬态过程，真正实现火焰显示测量的可视化和实时化，为研究运动火源扩散火焰锋面的几何特征、形态变化的影响因素及其熄火条件等提供实验基础。

(3)本实用新型对运动火源非预火焰锋面结构的测量属于非接触式测量，火焰锋面成像过程中没有示踪粒子、仪器探头等扰动火焰锋面结构及其浓度场和速度场，激光器产生的具有1.0~3.0mm厚度和12°~20°张角的片光束通过待测火焰锋面区域时并不对其造成干扰，从而避免由此产生的测量误差，测量精度较高。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1是本实用新型运动火源扩散火焰锋面三维结构测量系统的结构示意图。

图2是本实用新型中成像光学系统的结构示意图。

图3是直线运动装置的结构示意图。

图4是圆周运动装置的结构示意图。

附图中标号说明：

1-激光器；2-片光面透镜；3-扩散燃烧器；4-同步控制器；

5-稳压及光照电源；6-计算机；7-采集控制装置；8-图像采集卡；

9-图像采集装置；10-光学系统调节装置；11-成像光学系统；

12-速度控制系统；13-右侧一次反射镜片；14-右侧二次反射镜片；

15-遮光板；16-平面透镜；17-准直透镜；18-左侧二次反射镜片；

19-左侧一次反射镜片；20-驱动轮；21-改向轮；22-传送带；

23-实心圆形转盘；24-转轴。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步描述，但本实用新型的实施和保护范围不限于此。

如图1所示，为本实施方式运动火源扩散火焰锋面三维结构测量系统的结构示意图。测量系统包括激光器1、片光面透镜2、扩散燃烧器3、同步控制器4、稳压及光照电源5、计算机6、采集控制装置7、图像采集卡8、图像采集装置9、光学系统调节装置10、成像光学系统11、速度控制系统12。激光器1可采用脉冲铱-钕石榴石激光器1(Nd:Yag激光器)，将Nd:Yag激光器1通过支座固定于地板上。Nd:Yag激光器1供给本测量系统宽动态范围的激光源，向被测扩散燃烧器3产生的火焰锋面区域提供短持续脉冲且发出已被准直的能量。在Nd:Yag激光器1发出的光路中设置形成一个片光面透镜2，以提供具有一定厚度(1.0~3.0mm)和张角(12°~20°)的片光束。片光面透镜2包括柱面镜和球面镜。准直后的激光束通过柱面镜后在向扩散火焰锋面区域方向内发散，球面镜用于控制片光的厚度在1.0~3.0mm之间。Nd:Yag激光器1通过同步控制器4、稳压及光照电源5与计算机6连接。稳压及光照电源5为Nd:Yag激光器1和同步控制器4提供电压稳定的电源。同步控制器4通过计算机6内的软件来控制和协调Nd:Yag激光器1和图像采集装置9间的工作时序，保证系统中的所有部件按照一定的时间顺序协调运行。当Nd:YAG激光器1准备工作时，发出一个指令到同步控制器4，由同步控制器4控制图像采集装置9同步。

在待测扩散燃烧器3产生的火焰锋面区域和图像采集装置9之间设置将待测火焰锋面区域左、右两侧图像同时成像于图像采集装置9表面的成像光学系统11。图像采集装置9通过图像采集卡8与计算机6连接，实时接收成像光学系统11所形成的左、右两侧火焰锋面图像。为确保Nd:YAG激光器1与图像采集装置9同步，在图像采集卡8上连接有一台采集控制装置7（用于控制火焰锋面图像采集频率）。两帧图像采集装置9分别摄取Nd:YAG激光器1发出的两个脉冲片光源照射到的待测火焰锋面区域，并将两幅火焰锋面图像传输到图像采集装置9中进行相关图像处理，处理后得到的左、右两侧火焰锋面图像传送给计算机6保存等待进一步的后期处理。

如图2所示，为本实施方式中成像光学系统11的结构示意图。成像光学系统11包括有右侧一次反射镜片13；右侧二次反射镜片14；遮光板15；平面透镜16；准直透镜17；左侧二次反射镜片18；左侧一次反射镜片19。在扩散燃烧器3燃烧产生的火焰锋面发出的光路中设置形成左光束和右光束的反射镜片组；在左束光路中，依次设置将光束改向的左侧一次反射镜片19、左侧二次反射镜片18；在右束光路中，也依次设置将光束改向的右侧一次反射镜片13、右侧二次反射镜片14。在左、右两束光相交处，设置一块平面透镜16，之后设置一块将光束变为平行光的准直透镜17。准直透镜17与图像采集装置9的成像元件必须保持同轴。扩散燃烧器3产生的火焰光束经过反射镜片组反射后，光束穿过平面透镜16后，被准直透镜17校直成平行光束，最后被图像采集装置9的镜头接收，在其成像元件上同时成两个不同角度的火焰锋面图像，实现了在一个成像元件上同时得到火焰锋面左、右两侧的图像。

成像光学系统11与光学系统调节装置10相连接，用于调节右侧一次反射镜片与垂直面的夹角α、右侧二次反射镜片与垂直面的夹角θ、左侧二次反射镜片与垂直面的夹角γ、左侧一次反射镜片与垂直面的夹角β的大小。通过调节夹角α、夹角θ、夹角γ和夹角β之间的关系，可将左、右两侧不同位置处的火焰锋面图像同时成像于图像采集装置9的成像元件表面。为遮挡未经过改向的光束直接进入平面透镜16和准直透镜17，在待测扩散燃烧器3燃烧产生的火焰锋面区域和图像采集装置9之间设置了一块遮光板15。

扩散燃烧器3可是燃烧固体燃料、液体燃料或气体中的一种，当燃烧固体燃料时，通过调节固体燃料的重量可控制火焰高度和宽度；当燃烧液体燃料或气体时，也可通过调节喷嘴的开度产生各种高度和宽度的火焰，从而呈现出不同燃烧强度下的扩散火焰锋面结构特征。

图像采集装置9可以是CCD照相机或者是高速摄像仪中的一种。选用CCD照相机时，选用互相关模式，前后两个时刻拍摄到的火焰锋面左、右两侧的图像被存储到CCD照相机中的不同帧存储器中，然后再分别传输到计算机6中去，这样处理可以明确知道两帧火焰锋面图像的时间顺序。选用高速摄像仪时，将高倍摄像镜头装在高速摄影仪前，对准调节好镜头，使之正对所要拍摄的火焰锋面区域，连接好高速摄影仪和图像采集卡8、计算机6的数据线，启动计算机6里的图像采集程序，就能实现拍摄火焰锋面图像的实时显示、拍摄和保存。

将扩散燃烧器3固定于可作直线运动或旋转运行的机械运动装置上，机械运动装置与速度控制系统12连接，通过速度控制系统12调节扩散燃烧器位于直线运动装置上时的直线运动速度，或位于圆周运动装置上时的转速和线速度，可产生火源在各种运动速度下的扩散火焰锋面。

如图3所示，为本实用新型中直线运动装置的结构示意图。本实用新型直线运动装置包括驱动轮20、改向轮21、传送带22。将扩散燃烧器3固定于传送带22上，通过速度控制系统12调节驱动轮20的转速，可改变传送带22的直线运动速度，从而调节扩散燃烧器作直线运动时的速度。

如图4所示，为本实用新型中圆周运动装置的结构示意图。本实用新型圆周运动装置包括实心圆形转盘23、转轴24。将扩散燃烧器3固定于实心圆形转盘23上，通过速度控制系统12调节转轴24的转速，可改变传实心圆形转盘23的圆周运动速度，从而调节扩散燃烧器作圆周运动时的速度。

实施例——火源点作直线运动时，燃烧气体燃料产生的扩散火焰锋面结构的测量方法与步骤。

本实施例针对所提供的火焰锋面结构测量系统，实验测试扩散燃烧器3作不同直线运动时，燃烧气体燃料产生的扩散火焰锋面结构。具体实验步骤如下：

步骤一：进行实验前的准备：安排好分工，实验运行与测试人员分别到位准备实验；选用甲烷作为气体燃料，在扩散燃烧器3中配比0.5MPa的甲烷气体；将扩散燃烧器3固定于传送带22上。打开警示标志，防止他人无关试验人员误入激光工作区域，移除所有可能被激光引燃或损坏的物件，实验员应戴好防护镜；

步骤二：根据火焰锋面测量系统的操作规程，依次打开计算机6、图像采集控制软件、稳压及光照电源5、同步控制器4、图像采集卡8、采集控制装置7、图像采集装置9、光学系统调节装置10、速度控制系统12并进行相关参数的设置，最后打开Nd:YAG激光器1。认真调整其参数，使同步控制器4触发的Nd:YAG激光器1所产生的激光脉冲通过一个由球面镜和柱面镜组成的片光面透镜2，将激光变成所需的片光，照亮整个被测火焰锋面区域。

步骤三：调节扩散燃烧器3中喷嘴的开度控制所产生火焰的高度为0.15m、宽度为0.06m。

步骤四：启动计算机6中的图像采集控制软件后，先将图像采集装置9的光圈数调到最大，同时将图像采集控制软件设定在实时图像显示状态，打开图像采集装置9的镜头盖观看所拍摄火焰锋面图像的效果。根据火焰锋面区域光线情况，调节焦距，配合光圈再进一步确定曝光时间，直至获得清晰的火焰锋面图像。实验人员同时记录好2~10min燃烧时间内的室温、压力等各类实验数据。

步骤五：打开Nd:Yag激光器1的保护盖，用软件控制激光器1使其处于运行状态，调节片光面透镜使火焰锋面区域的片光厚度达到1.0~3.0mm，张角达到12°~20°。

步骤六：利用速度控制系统12调节驱动轮20的转速，以改变传送带22的直线运动速度，扩散燃烧器3的速度分别为0m/s、0.5m/s、1.0m/s、2.0m/s、5.0m/s、10.0m/s、20.0m/s等。在各速度下，启动同步控制器4，使Nd:YAG激光器1、图像采集装置9与图像采集卡8、采集控制装置7按照预定的时间触发，分别对火焰锋面图像进行测量。

步骤七：计算机6中的数据采集软件开始采集数据，同时图像采集装置9进行火焰锋面图像拍摄。图像拍摄完毕后，停止数据采集，并读取相关的实验参数；对采集到的一些火焰锋面图像进行互相关分析，若效果不好，则调节上述相关部件的参数后继续采集数据重新拍摄该运行速度下的火焰锋面图像，直至能够获得比较理想的图像，保存火焰锋面图像。

步骤八：一组实验结束后，熄灭火，保存好所得的实验数据，整理实验场地和相关实验仪器、设施，清理干净扩散燃烧器3中的剩余燃料，将火焰锋面测量系统各部件及各测量子系统恢复到初始状态，再重复步骤六、七，改变扩散燃烧器3的速度，进行下一组实验测试。

步骤九：全部实验结束毕后，按照制定的操作规程依次关闭所有实验仪器设备。

图像采集装置所记录的火焰锋面左、右两侧的数字影像图经过亚像素模式识别、逆向投影算法重建、纹理贴图等计算机三维图像重构处理，可数值再现三维图包含的火焰两相流固相颗粒团三维浓度场，结合成时间序列分布的火焰运动图像，还能够得到火焰两相流的三维速度场，从而获得火焰锋面的三维结构，可以用来研究火焰的瞬态过程，真正实现火焰显示测量的可视化和实时化，为研究运动火源扩散火焰锋面的几何特征、形态变化的影响因素及其熄火条件等提供实验基础。

Claims (7)

1.运动火源扩散火焰锋面三维结构测量系统，其特征在于包括激光器、片光面透镜、扩散燃烧器、同步控制器、稳压及光照电源、计算机、图像采集卡、图像采集装置、成像光学系统和速度控制系统，在所述激光器发出的光路中设置能形成一个具有1.0~3.0mm厚度和12°~20°张角片光束的所述片光面透镜，所述片光面透镜位于所述激光器与扩散燃烧器之间，所述激光器依次通过所述同步控制器、稳压及光照电源与所述计算机连接；在所述扩散燃烧器的火焰和图像采集装置之间设置有将待测火焰左、右两侧图像同时成像于图像采集装置表面的所述成像光学系统；图像采集装置通过图像采集卡与计算机连接，扩散燃烧器与所述速度控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的运动火源扩散火焰锋面三维结构测量系统，其特征在于：所述图像采集卡同时与用于火焰锋面图像采集频率控制的采集控制装置连接。

3.根据权利要求1所述的运动火源扩散火焰锋面三维结构测量系统，其特征在于：所述成像光学系统包括有右侧一次反射镜片、右侧二次反射镜片、遮光板、平面透镜、准直透镜、左侧二次反射镜片和左侧一次反射镜片，在扩散燃烧器燃烧产生的火焰锋面发出的光路中设置形成左光束和右光束；在左束光路中，依次设置将光束改向的所述左侧一次反射镜片、左侧二次反射镜片；在右束光路中，也依次设置将光束改向的所述右侧一次反射镜片、右侧二次反射镜片；左侧一次反射镜片将光束反射至左侧二次反射镜片，右侧一次反射镜片将光束反射至右侧二次反射镜片，从左侧二次反射镜片和右侧二次反射镜片出来的左、右两束光的相交处，设置一块平面透镜，平面透镜之后设置一块将光束变为平行光的准直透镜，准直透镜与图像采集装置的成像元件同轴。

4.根据权利要求3所述的运动火源扩散火焰锋面三维结构测量系统，其特征在于：在扩散燃烧器燃烧产生的待测火焰和图像采集装置之间设置有用以遮挡未经过改向的光束直接进入平面透镜和准直透镜的一块遮光板。

5.根据权利要求1所述的运动火源扩散火焰锋面三维结构测量系统，其特征在于还包括与成像光学系统相连的用于调节右侧一次反射镜片与垂直面的夹角α、右侧二次反射镜片与垂直面的夹角θ、左侧二次反射镜片与垂直面的夹角γ、左侧一次反射镜片与垂直面的夹角β的大小的光学系统调节装置。

6.根据权利要求1~5任一项所述的运动火源扩散火焰锋面三维结构测量系统，其特征在于：所述扩散燃烧器固定于可作直线运动或旋转运行的机械运动装置上，机械运动装置与速度控制系统连接。

7.根据权利要求6所述的运动火源扩散火焰锋面三维结构测量系统，其特征在于：所述片光面透镜包括柱面镜和球面镜；所述图像采集装置为CCD照相机或者高速摄像仪。

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