CN210604404U

CN210604404U - 用于高温测试的光学系统及应用其的高温测试系统

Info

Publication number: CN210604404U
Application number: CN201920846595.0U
Authority: CN
Inventors: 潘江妮; 屈哲
Original assignee: Zhejiang Heqing Flexible Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Hangzhou Rougu Technology Co., Ltd
Priority date: 2019-06-05
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2020-05-22
Anticipated expiration: 2029-06-05

Abstract

本申请的用于高温测试的光学系统及应用其的高温测试系统，包括第一采集装置、第二采集装置及至少一照明光源，至少一照明光源用于照射高温测试物体，第一采集装置与第二采集装置用于采集高温测试物体的图像；第一采集装置与第二采集装置分别设置在高温测试物体的同一侧的不同方向上，第一采集装置与第二采集装置均包括相机、紫外镜头及紫外滤光片，相机的光谱响应范围包括紫外光，紫外镜头设置在相机上，紫外滤光片设置在紫外镜头的前方；至少一照明光源的发射光波长与紫外滤光片的中心波长相匹配。本申请能够提高高温测试的观测温度并实现对高温测试物体的三维信息分析。

Description

用于高温测试的光学系统及应用其的高温测试系统

技术领域

本申请涉及光学技术领域，具体涉及一种用于高温测试的光学系统及应用其的高温测试系统。

背景技术

对于一些工业领域和高温材料、电弧电极材料的开发等，使用者或开发者需对材料的烧蚀过程进行全程观测和记录，从而对其烧蚀特性进行分析。

高温观测一般均采用非接触式的光学系统，结合计算装置辅助进行观测和数据分析，但现有的系统光谱响应曲线主要集中在可见区，受限于更高温度的测试，且对于形状不规则的测试物体，无法实现三维信息分析，导致无法精确评估材料的烧蚀特性。

实用新型内容

针对上述技术问题，本申请提供一种用于高温测试的光学系统及应用其的高温测试系统，能够提高高温测试的观测温度并实现对高温测试物体的三维信息分析。

为解决上述技术问题，本申请提供一种用于高温测试的光学系统，包括第一采集装置、第二采集装置及至少一照明光源，所述至少一照明光源用于照射高温测试物体，所述第一采集装置与所述第二采集装置用于采集所述高温测试物体的图像；

所述第一采集装置与所述第二采集装置分别设置在所述高温测试物体的同一侧的不同方向上，所述第一采集装置与所述第二采集装置均包括相机、紫外镜头及紫外滤光片，所述相机的光谱响应范围包括紫外光，所述紫外镜头设置在所述相机上，所述紫外滤光片设置在所述紫外镜头的前方；

所述至少一照明光源的发射光波长与所述紫外滤光片的中心波长相匹配。

其中，所述照明光源的个数为一个，所述第一采集装置、所述第二采集装置及所述照明光源位于所述高温测试物体的同一侧，所述第一采集装置与所述第二采集装置在所述照明光源的两侧对称设置。

其中，其中，所述照明光源的个数为两个，所述第一采集装置、所述第二采集装置及两个所述照明光源位于所述高温测试物体的同一侧，两个所述照明光源分别位于所述第一采集装置与所述第二采集装置的外侧，或者，两个所述照明光源均位于所述第一采集装置与所述第二采集装置之间。

其中，所述照明光源的个数为三个，所述第一采集装置、所述第二采集装置及三个所述照明光源位于所述高温测试物体的同一侧，其中两个所述照明光源分别位于所述第一采集装置与所述第二采集装置的外侧，另一个所述照明光源设置位于所述第一采集装置与所述第二采集装置之间。

其中，所述相机为CMOS相机。

其中，所述紫外镜头可透过的光波长为200-300nm。

其中，所述至少一照明光源为发射光波长为200-320nm的氘灯，或，所述至少一照明光源为发射光波长小于300nm的紫外LED阵列。

其中，所述用于高温测试的光学系统还包括计算装置，所述计算装置分别与所述第一采集装置及所述第二采集装置连接，所述计算装置用于根据所述第一采集装置及所述第二采集装置采集的图像分析所述高温测试物体的三维位移场、应变场和/或烧蚀特性。

本申请还提供一种高温测试系统，包括测试室及如上所述的用于高温测试的光学系统，所述测试室用于对高温测试物体进行加热，所述用于高温测试的光学系统位于所述测试室外部的一侧。

其中，所述测试室的一侧设有分别与所述用于高温测试的光学系统中的第一采集装置、第二采集装置及至少一照明光源对应的观测窗。

如上所述，本实用新型的用于高温测试的光学系统及应用其的高温测试系统具有以下有益效果：

用于高温测试的光学系统包括第一采集装置、第二采集装置及至少一照明光源，至少一照明光源用于照射高温测试物体，第一采集装置与第二采集装置用于采集高温测试物体的图像，第一采集装置与第二采集装置分别设置在高温测试物体的同一侧的不同方向上，第一采集装置与第二采集装置均包括相机、紫外镜头及紫外滤光片，相机的光谱响应范围包括紫外光，紫外镜头设置在相机上，紫外滤光片设置在紫外镜头的前方，至少一照明光源的发射光波长与紫外滤光片的中心波长相匹配。如此，在使用高温测试系统进行高温测试时，能够提高高温测试的观测温度并实现对高温测试物体的三维信息分析，精确评估材料的烧蚀特性。

附图说明

图1是根据本申请第一实施例示出的高温测试系统的结构示意图；

图2是本申请中的相机的响应曲线示意图；

图3是本申请实现立体视觉成像的光学原理示意图；

图4是根据本申请第二实施例示出的高温测试系统的结构示意图；

图5是根据本申请第三实施例示出的高温测试系统的结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。

在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。

虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。

再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

图1是根据本申请第一实施例示出的高温测试系统的结构示意图。如图1所示，高温测试系统包括测试室30及用于高温测试的光学系统(以下简称“光学系统”)，测试室30用于对高温测试物体20进行加热，光学系统用于拍摄高温测试物体20以提供高温测试物体20在高温测试过程中的图像数据。

光学系统包括第一采集装置11、第二采集装置12及照明光源13，照明光源13用于照射高温测试物体20，第一采集装置11与第二采集装置12用于采集高温测试物体20的图像，照明光源13的发射光131到达高温测试物体20的表面后发生反射，反射光分别进入第一采集装置11与第二采集装置12，使得第一采集装置11与第二采集装置12可以采集到高温测试物体20的图像。

在本实施例中，第一采集装置11、第二采集装置12及照明光源13位于高温测试物体20的同一侧，其中，第一采集装置11与第二采集装置12在照明光源13的两侧对称设置，第一采集装置11与第二采集装置12分别设置在高温测试物体20的不同方向上，从而可以从不同的角度采集高温测试物体20的图像。

第一采集装置11与第二采集装置12的结构相同，其中，第一采集装置11包括第一相机111、第一紫外镜头112及第一紫外滤光片113，第一紫外镜头112设置在第一相机111上，第一紫外滤光片113设置在第一紫外镜头112的前方，第二采集装置12包括第二相机121、第二紫外镜头122及第二紫外滤光片123，第二紫外镜头122设置在第二相机121上，第二紫外滤光片123设置在第二紫外镜头122的前方。

第一相机111与第二相机121的光谱响应范围包括紫外光，在本实施例中，第一相机111、第二相机121为CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)相机，其在200-400nm的紫外区域有较强的响应度，第一相机111与第二相机121的响应曲线如图2所示。

第一紫外滤光片113、第二紫外滤光片123为短通紫外滤光片，其中心波长与照明光源13的发射光131的波长相匹配，也即第一紫外滤光片113、第二紫外滤光片123可以高透照明光源13发射的光，同时可以滤除第一相机111与第二相机121响应光谱范围内的其他热辐射光，即1200nm以下的热辐射光。在本实施例中，第一紫外镜头112、第二紫外镜头122可透过的光波长为200-300nm，如此，通过第一紫外滤光片113、第二紫外滤光片123分别进入第一紫外镜头112、第二紫外镜头122的光能够充分透过第一紫外镜头112、第二紫外镜头122，进而被第一相机111、第二相机121所响应，产生图像。

照明光源13至少为一个，在本实施例中，照明光源13为一个，照明光源13的发射光131的波长与第一紫外滤光片113、第二紫外滤光片123的中心波长相匹配。照明光源13可以为氘灯，其发射的光能量主要集中在200-320nm之间的连续谱，适用于较大的高温测试物体，或者，照明光源13可以为发射光131波长小于300nm的紫外LED阵列，优选为发射光131波长为275nm的紫外LED阵列，其能够进行几十到一百毫瓦聚焦照射，适用于较小的高温测试物体。

普朗克辐射定律(Planck)给出了黑体辐射的具体谱分布，在一定温度下，单位面积的黑体在单位时间、单位立体角内和单位波长间隔内辐射能量为：

其中，

h＝6.6260755×10^-34J·s；

c＝2.998×10⁸m·s^-1；

K＝1.38×10^-23J·K^-1。

根据维恩偏移定律，随着黑体温度的升高，最大辐射波长向短波移动，因此，通过光学法观测高温测试物体20的加热过程，当温度不断升高时，由于热辐射的影响，第一采集装置11与第二采集装置12采集到的图像的亮度也会不断变化，光学系统使用的光波长越接近紫外光，则热辐射光影响越小，第一采集装置11与第二采集装置12采集到的图像的亮度受热辐射光的影响也越小，图像质量好。因此，本申请的光学系统使用紫外光，在图像采集过程中，可大幅度降低热辐射的影响，即使测试温度高于2000K，也可以降低热辐射的影响，从而能够满足更高温度测试的观测需求。

进一步地，本实施例的光学系统还包括计算装置15，计算装置15分别与第一采集装置11及第二采集装置12连接，计算装置15用于根据第一采集装置11及第二采集装置12采集的图像分析高温测试物体20的三维位移场、应变场和/或烧蚀特性。

根据立体视觉成像的光学原理，用两个相机同时拍摄图像时，可以获得同一场景的两幅不同的图像，通过三角测量计算原理计算图像像素间的位置偏差，可以复原三维世界坐标的信息。请参考图3，第一相机111和第二相机121均具有光轴z，当第一采集装置11与第二采集装置12从不同的位置观测空间同一点C时，在第一相机111和第二相机121上可分别获取C点的坐标C1和C2，第一相机111和第二相机121在同一平面内，关于匹配点x1、y1、x2、y2的标定，使用棋盘格标定靶作为标定算法，通过x1、y1找到对应的匹配点x2、y2。若第一相机111和第二相机121的中心间距为d，成像镜头有效焦距为f，根据C1和C2的坐标即可计算出C点的三维坐标为

因此，第一相机111采集的图像上的任意一点能在第二相机121采集的图像中找到对应的匹配点，通过计算两幅图像对应点的位置偏差，获取物体的三维坐标信息，进而可以分析高温测试物体20的三维位移场、应变场和/或烧蚀特性，即使是形状不规则的高温测试物体，也可以实现三维信息的分析。如此，通过一套光学系统采集的图片，可计算出二维、三维位移场、应变场等信息，精确评估材料的烧蚀特性。

光学系统位于测试室30外部的一侧，测试室30的一侧设有分别与用于高温测试的光学系统中的第一采集装置11、第二采集装置12及照明光源13对应的观测窗31、32、33，观测窗31、32、33均为石英观测窗，对紫外线具有高透特性。

测试前，将高温测试物体20固定在测试室30中的加热位置，根据高温测试物体20的大小选择照明光源13，调整第一采集装置11、第二采集装置12及照明光源13至合适的角度和位置，调节第一相机111与第二相机121的焦距以对高温测试物体20清晰成像，其中，照明光源13正对高温测试物体20以进行均匀照明，第一采集装置11、第二采集装置12分别从左、右两侧同时采集，并与高温测试物体20成三角形分布。开始测试后，对高温测试物体20进行加热，使高温测试物体20逐渐升温，通过第一采集装置11、第二采集装置12采集高温测试物体20的图像并存储。在测试结束后，根据第一采集装置11、第二采集装置12采集的图像分析高温测试物体20的二维、三维位移场、应变场等信息，精确评估高温测试物体20的烧蚀特性。

本实施例的用于高温测试的光学系统及应用其的高温测试系统中，光学系统包括第一采集装置、第二采集装置及至少一照明光源，至少一照明光源用于照射高温测试物体，第一采集装置与第二采集装置用于采集高温测试物体的图像，第一采集装置与第二采集装置分别设置在高温测试物体的同一侧的不同方向上，第一采集装置与第二采集装置均包括相机、紫外镜头及紫外滤光片，相机的光谱响应范围包括紫外光，紫外镜头设置在相机上，紫外滤光片设置在紫外镜头的前方，至少一照明光源的发射光波长与紫外滤光片的中心波长相匹配。如此，在使用高温测试系统进行高温测试时，能够提高高温测试的观测温度并实现对高温测试物体的三维信息分析，精确评估材料的烧蚀特性。

第二实施例

图4是根据本申请第二实施例示出的高温测试系统的结构示意图。如图4所示，本实施例的高温测试系统包括测试室30及用于高温测试的光学系统(以下简称“光学系统”)，测试室30用于对高温测试物体20进行加热，光学系统用于拍摄高温测试物体20以提供高温测试物体20在高温测试过程中的图像数据。

光学系统包括第一采集装置11、第二采集装置12及照明光源。照明光源的数量至少为一个，在本实施例中，照明光源的数量为两个，也即第一照明光源53与第二照明光源55，第一照明光源53与第二照明光源55用于照射高温测试物体20，第一采集装置11与第二采集装置12用于采集高温测试物体20的图像，第一照明光源53与第二照明光源55的发射光到达高温测试物体20的表面后发生反射，反射光分别进入第一采集装置11与第二采集装置12，使得第一采集装置11与第二采集装置12可以采集到高温测试物体20的图像。

在本实施例中，第一采集装置11、第二采集装置12、第一照明光源53及第二照明光源55位于高温测试物体20的同一侧，其中，第一照明光源53及第二照明光源55分别位于第一采集装置11与第二采集装置12的外侧，第一采集装置11与第二采集装置12在第一照明光源53及第二照明光源55之间对称设置且位于高温测试物体20的不同方向，从而可以从不同的角度采集高温测试物体20的图像。测试前，调整第一照明光源53及第二照明光源55的角度和位置，使第一照明光源53及第二照明光源55均匀照射高温测试物体20，相对于仅使用一个照明光源而言，本实施例照明更均匀且更适合较大体积的高温测试物体。

本实施例的光学系统还包括计算装置15，计算装置15分别与第一采集装置11及第二采集装置12连接，计算装置15用于根据第一采集装置11及第二采集装置12采集的图像分析高温测试物体20的三维位移场、应变场和/或烧蚀特性。

光学系统位于测试室30外部的一侧，测试室30的一侧设有分别与用于高温测试的光学系统中的第一采集装置11、第二采集装置12、第一照明光源53及第二照明光源55对应的观测窗35、38、36、37，观测窗35、38、36、37均为石英观测窗，对紫外线具有高透特性。

本实施例中的第一采集装置11、第二采集装置12与第一实施例中的第一采集装置11、第二采集装置12结构相同，第一照明光源53、第二照明光源55与第一实施例中的照明光源13结构相同，观测过程、原理及图像分析原理也与第一实施例相同，在此不再赘述。

本实施例的用于高温测试的光学系统及应用其的高温测试系统，在使用高温测试系统进行高温测试时，能够提高高温测试的观测温度并实现对高温测试物体的三维信息分析，精确评估材料的烧蚀特性。此外，本实施例中的光学系统包括两个照明光源，能够更均匀地照射高温测试物体，提高成像质量。

第三实施例

图5是根据本申请第三实施例示出的高温测试系统的结构示意图。如图5所示，本实施例的高温测试系统包括测试室30及用于高温测试的光学系统(以下简称“光学系统”)，测试室30用于对高温测试物体20进行加热，光学系统用于拍摄高温测试物体20以提供高温测试物体20在高温测试过程中的图像数据。

在本实施例中，第一采集装置11、第二采集装置12、第一照明光源53及第二照明光源55位于高温测试物体20的同一侧，其中，第一照明光源53及第二照明光源55位于第一采集装置11与第二采集装置12之间，第一采集装置11与第二采集装置12在第一照明光源53及第二照明光源55的外侧对称设置且位于高温测试物体20的不同方向，从而可以从不同的角度采集高温测试物体20的图像。

特别指出的是，如图5所示，第一照明光源53及第二照明光源55左右并排放置，第一照明光源53及第二照明光源55的位置应尽可能地相互靠近或紧贴且对称设置在高温测试物体20的前方，从而尽量都处于正对高温测试物体20的位置上。实际实现时，还可以是将第一照明光源53及第二照明光源55上下并排放置，第一照明光源53及第二照明光源55的位置应尽可能地相互靠近或紧贴且对称设置在高温测试物体20的前方，从而尽量都处于正对高温测试物体20的位置上。

测试时，先开启第一照明光源53或第二照明光源55，在测试结束前，若当前使用的照明光源出现故障，则开启另一个照明光源，以保证在测试过程中能够正常采集图像，确保测试效率及结果一致性。

光学系统位于测试室30外部的一侧，测试室30的一侧设有分别与用于高温测试的光学系统中的第一采集装置11、第二采集装置12、第一照明光源53及第二照明光源55对应的观测窗35、38、39，其中，第一照明光源53及第二照明光源55从同一个观测窗39对高温测试物体20进行照射，观测窗35、38、39均为石英观测窗，对紫外线具有高透特性。

本实施例的用于高温测试的光学系统及应用其的高温测试系统，在使用高温测试系统进行高温测试时，能够提高高温测试的观测温度并实现对高温测试物体的三维信息分析，精确评估材料的烧蚀特性。此外，本实施例中的光学系统包括两个照明光源，在测试结束前，若当前使用的照明光源出现故障，可以开启另一个照明光源，以保证在测试过程中能够正常采集图像，确保测试效率及结果一致性。

第四实施例

本实施例与第二实施例的不同在于，在本实施例中，照明光源的个数为三个，第一采集装置、第二采集装置及三个照明光源位于高温测试物体的同一侧，其中两个照明光源分别位于第一采集装置与第二采集装置的外侧，另一个照明光源设置位于第一采集装置与第二采集装置之间。请参考图4，也就是说，在本实施例的高温测试系统中，光学系统在图4所示结构的基础上，在第一采集装置11与第二采集装置12之间增加一个照明光源，相对于使用两个照明光源而言，本实施例照明更均匀且适合更大体积的高温测试物体。相对应地，测试室分别设置与三个照明光源对应的观测窗。

本实施例中的其它结构与第二实施例相同，观测过程、原理及图像分析原理也与第二实施例相同，在此不再赘述。

本实施例的用于高温测试的光学系统及应用其的高温测试系统，在使用高温测试系统进行高温测试时，能够提高高温测试的观测温度并实现对高温测试物体的三维信息分析，精确评估材料的烧蚀特性。此外，本实施例中的光学系统包括三个照明光源，能够更均匀地照射高温测试物体，提高成像质量。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种用于高温测试的光学系统，其特征在于，包括第一采集装置、第二采集装置及至少一照明光源，所述至少一照明光源用于照射高温测试物体，所述第一采集装置与所述第二采集装置用于采集所述高温测试物体的图像；

2.根据权利要求1所述的用于高温测试的光学系统，其特征在于，所述照明光源的个数为一个，所述第一采集装置、所述第二采集装置及所述照明光源位于所述高温测试物体的同一侧，所述第一采集装置与所述第二采集装置在所述照明光源的两侧对称设置。

3.根据权利要求1所述的用于高温测试的光学系统，其特征在于，所述照明光源的个数为两个，所述第一采集装置、所述第二采集装置及两个所述照明光源位于所述高温测试物体的同一侧，两个所述照明光源分别位于所述第一采集装置与所述第二采集装置的外侧，或者，两个所述照明光源均位于所述第一采集装置与所述第二采集装置之间。

4.根据权利要求1所述的用于高温测试的光学系统，其特征在于，所述照明光源的个数为三个，所述第一采集装置、所述第二采集装置及三个所述照明光源位于所述高温测试物体的同一侧，其中两个所述照明光源分别位于所述第一采集装置与所述第二采集装置的外侧，另一个所述照明光源设置位于所述第一采集装置与所述第二采集装置之间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于高温测试的光学系统，其特征在于，所述相机为CMOS相机。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的用于高温测试的光学系统，其特征在于，所述紫外镜头可透过的光波长为200-300nm。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的用于高温测试的光学系统，其特征在于，所述至少一照明光源为发射光波长为200-320nm的氘灯，或，所述至少一照明光源为发射光波长小于300nm的紫外LED阵列。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的用于高温测试的光学系统，其特征在于，还包括计算装置，所述计算装置分别与所述第一采集装置及所述第二采集装置连接，所述计算装置用于根据所述第一采集装置及所述第二采集装置采集的图像分析所述高温测试物体的三维位移场、应变场和/或烧蚀特性。

9.一种高温测试系统，其特征在于，包括测试室及如权利要求1至8中任一项所述的用于高温测试的光学系统，所述测试室用于对高温测试物体进行加热，所述用于高温测试的光学系统位于所述测试室外部的一侧。

10.根据权利要求9所述的高温测试系统，其特征在于，所述测试室的一侧设有分别与所述用于高温测试的光学系统中的第一采集装置、第二采集装置及至少一照明光源对应的观测窗。