CN220084688U - 一种光学发动机缸内可视化实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及内燃机机缸检测技术领域，具体公开了一种光学发动机缸内可视化实验装置，包括：光学发动机，其至少包括延长活塞以及位于延长活塞内保持活塞运动的玻璃活塞；高速相机，其采集端安装有超辐射光源镜头，超辐射光源镜头至少包括超辐射发光芯片，其中高速相机用于捕捉玻璃活塞活塞运动状态。该实用新型提供的光学发动机缸内可视化实验装置，拍摄点位变成多点式，通过多角度与多色彩光源的结合，能够提高了采集的全面性，从中可以得到最佳的燃油喷射图像收集效果，通过SLD光源能够发出非相干高亮度光源，大大提高了光学发动机燃烧室的整体照明，配合采用的折射镜对散射光路进行修正，使得传播到反射镜的光更加凝聚。

Description

一种光学发动机缸内可视化实验装置

技术领域

本发明涉及内燃机机缸检测技术领域，具体涉及一种光学发动机缸内可视化实验装置。

背景技术

内燃机已经在我国交通运输、工程机械、农业机械、船舶、应急动力和国防装备中占据着支配地位，所谓内燃机工作过程可视化方法就是将发动机内部的喷雾燃烧过程变成一些可以利用的光学信息供研究者进行分析，以便对缸内各种过程进行研究。先存的可视化方法包括以下几种形式：

1、安装传感器收集光信号，改进之后是通过对发动机缸内工作过程的拍摄，形成有效且全面的观察图像或光谱，这样是研究内燃机缸内喷雾与燃烧过程最有效的试验手段之一。

2、在柴油机测试缸中是通过内窥镜和气缸盖安装频闪观测仪引入的光线达到照亮效果，从而完成图像采集，较为成熟的研究是基于光学发动机和内窥镜摄像系统进行的。

3、还有的测试系统是通过LED灯进行补光观察，从而对内部喷油进行图像采集。

4、现在大部分是通过激光扫描，采用光线追迹法得到截面光强度分布图。

根据公开(公告)号：CN111855218A，公开(公告)日：2020-10-30，公开的一种内燃机缸内可视化测试系统，包括环形光源、高速相机、环形光源控制器、高速相机控制器和光学发动机，光学发动机包括燃烧室和反射镜，环形光源和高速相机的镜头同轴设置，环形光源环绕设置在高速相机的镜头外侧。

在包括上述专利的现有技术中，由于早期的传感器方法无法直接得到缸内反应图像，而当前的观察方法缺少了对缸内多角度观察，采集图像角度单一，做不到全方面的数据采集。随着缸内喷雾燃烧的进行，固定拍摄地点对于内部实时火焰和喷雾过程的记录存在死角和盲区，达不到数据和图像的收集的全面性。故上述专利中提及的使用LED灯的补充光源观测内部场，公知的LED灯的发散强，所以很难达不到光照强度效果。若采用普遍应用的激光扫描可视化方法而言的话，则激光成本偏高，受观测对象不同，激光雷达成像技术中无法保证动态目标三维数据获取全面性和可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种光学发动机缸内可视化实验装置，基于补偿光源观察缸内的可行性并对原方案存在的缺陷进行改进，从而解决激光扫描可视化方法的缺点。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种光学发动机缸内可视化实验装置，包括：

光学发动机，其至少包括延长活塞以及位于所述延长活塞内保持活塞运动的玻璃活塞；

高速相机，其采集端安装有超辐射光源镜头，所述超辐射光源镜头至少包括超辐射发光芯片，其中

所述高速相机用于捕捉所述玻璃活塞活塞运动状态。

作为优选的，所述超辐射光源镜头至少包括一套设端和采集端，其中

所述套设端内径半径大小小于所述采集端内径半径大小；

多个所述超辐射光源镜头呈圆周阵列布置于所述套设端的端面上，并位于所述采集端内。

作为优选的，所述采集端的内壁设置有折射镜，所述折射镜用于对所述超辐射发光芯片射光中的20°散射光提供修正，以保持沿采所述集端轴向射出。

作为优选的，所述延长活塞内的轴心处设置有反光镜，所述反光镜作为媒介以使水平设置的高速相机采集沿竖直方向保持活塞运动的所述玻璃活塞。

作为优选的，所述反光镜的背光面设置有直角三角形台，所述反光镜位于该直角三角形台的斜面。

作为优选的，所述超辐射发光芯片为超辐射二极管SLD。

一种光学发动机缸内可视化实验方法，基于上述方案中所述的光学发动机缸内可视化实验装置，所述光学发动机还包括设置于所述延长活塞一端的透明缸套，其操作步骤如下：

S001、将所述光学发动机沿竖直方向摆放，使得透明缸套位于顶端，而此时的玻璃活塞保持起始状态，即与透明缸套间距最大值；

S002、所述高速相机通过支架安装，且采集端始终正对所述反光镜；

S003、利用支架改变高速相机角度进行画面识别，以形成多点式数据采集；

S004、所述步骤3操作过程中，每个点位拍摄过程中，会控制所述超辐射发光芯片进行颜色切换，所述高速相机连续拍摄各颜色切换下的所述透明缸套内燃油喷射过程数据并进行记录。

作为优选的，所述超辐射发光芯片的光源色彩至少包括白色和红色。

作为优选的，所述步骤3中的多点式数据采集至少包括30°、45°、65°以及90°。

作为优选的，所述超辐射发光芯片的光源色彩至少包括白色和红色。

在上述技术方案中，本发明提供的一种光学发动机缸内可视化实验装置，具备以下有益效果：使用高速相机进行图像采集，反射镜与高速相机可以移动多点位进行多角度观察燃油喷射，超辐射发光芯片圈围绕高速相机布置。当缸内燃油喷射燃烧时，光源对反射镜进行照射，高速相机和反光镜可在同平面中移动完成多点拍摄。保证通过同一个燃油喷射过程，多角度观察并连续拍摄，使采集的数据图像更加全面，以达到一定的分析精度。

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发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的光学发动机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的光学发动机与高速相机的关系示意图；

图3为本发明实施例提供的内燃机缸内可视化测试结构示意图。

附图标记说明：

100、光学发动机；110、缸盖；120、燃烧室；130、透明缸套；140、玻璃活塞；150、延长活塞；160、反光镜；170、固定底座；210、高速相机；220、超辐射光源镜头；221、折射镜；222、超辐射发光芯片。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

实施例1

如图1-3所示，一种光学发动机缸内可视化实验装置，包括：

光学发动机100，其至少包括延长活塞150以及位于延长活塞150内保持活塞运动的玻璃活塞140；

高速相机210，其采集端安装有超辐射光源镜头220，超辐射光源镜头220至少包括超辐射发光芯片222，其中

高速相机210用于捕捉玻璃活塞140活塞运动状态。

具体的，上述实施例中，光学发动机100还包括缸盖110及燃烧室120，所述延长活塞150一端的透明缸套130，另一端则设置有固定底座170，从而使得延长活塞150密封。实施例中的缸盖110对透明缸套130的顶部进行密封，而透明缸套130和延长活塞150的结合处为燃烧室120，上述技术方案中的玻璃活塞140则位于燃烧室120内保持活塞运动。

需要说明是，上述实施例中的曲轴等驱动玻璃活塞140执行活塞运动的驱动机构属于公知技术常识，故不作详细展开说明。

上述技术方案中，利用超辐射发光芯片222提供为高速相机210采集端捕捉画面提供稳定的视野，而超辐射发光芯片222为超辐射二极管SLD，高速相机210为CCD高速相机，从而完成对玻璃活塞140活动的观察，即观察燃油喷射。

作为本发明进一步提供的一个实施例，超辐射光源镜头220至少包括一套设端和采集端，其中

套设端内径半径大小小于采集端内径半径大小；

多个超辐射光源镜头220呈圆周阵列布置于套设端的端面上，并位于采集端内。

再者，采集端的内壁设置有折射镜221，折射镜221用于对超辐射发光芯片222射光中的20°散射光提供修正，以保持沿采集端轴向射出。

具体的，上述实施例中超辐射光源镜头220是以圆周阵列的方式存在，并参照图3可知，当超辐射光源镜头220点亮的时候，由于光源位于采集端内，故受到折射镜221折射从而实现散射光的修正，以保证射光光源集中。

作为本发明进一步提供的再一个实施例，延长活塞150内的轴心处设置有反光镜160，反光镜160作为媒介以使水平设置的高速相机210采集沿竖直方向保持活塞运动的玻璃活塞140。

进一步的，反光镜160的背光面设置有直角三角形台，反光镜160位于该直角三角形台的斜面。

具体的，上述实施例中直角三角形台安装于固定底座170上。在实际操作中，使用高速相机210进行图像采集，反射镜160与高速相机210可以移动多点位进行多角度观察燃油喷射，超辐射发光芯片222圈围绕高速相机210布置。当缸内燃油喷射燃烧时，光源对反射镜160进行照射，高速相机210和反光镜160可在同平面中移动完成多点拍摄。保证通过同一个燃油喷射过程，多角度观察并连续拍摄，使采集的数据图像更加全面，以达到一定的分析精度。

实施例2

如图2所示，一种光学发动机缸内可视化实验方法，基于上述实施例1提供的光学发动机缸内可视化实验装置的应用，其操作步骤如下：

S001、将光学发动机100沿竖直方向摆放，使得透明缸套130位于顶端，而此时的玻璃活塞140保持起始状态，即与透明缸套130间距最大值；

S002、高速相机210通过支架安装，且采集端始终正对反光镜160；

S003、利用支架改变高速相机210角度进行画面识别，以形成多点式数据采集；

S004、步骤3操作过程中，每个点位拍摄过程中，会控制超辐射发光芯片222进行颜色切换，高速相机210连续拍摄各颜色切换下的透明缸套130内燃油喷射过程数据并进行记录。

进一步的，超辐射发光芯片222的光源色彩至少包括白色和红色。

更为进一步的，步骤3中的多点式数据采集至少包括30°、45°、65°以及90°(以固定底座170为水平面，高速相机210采集轴线与该水平面之间的夹角数值)。

上述技术方案中，采用了将拍摄点位变成多点式的，通过多角度与多色彩光源的结合，能够提高了采集的全面性，从中可以得到最佳的燃油喷射图像收集效果。本实用新型由于采用了SLD光源，能够发出非相干高亮度光源，大大提高了光学发动机100燃烧室120的整体照明。采用折射镜对散射光路进行修正，使得传播到反射镜的光更加凝聚。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (5)

1.一种光学发动机缸内可视化实验装置，其特征在于，包括：

光学发动机（100），其至少包括延长活塞（150）以及位于所述延长活塞（150）内保持活塞运动的玻璃活塞（140）；

高速相机（210），其采集端安装有超辐射光源镜头（220），所述超辐射光源镜头（220）至少包括超辐射发光芯片（222），其中

所述高速相机（210）用于捕捉所述玻璃活塞（140）活塞运动状态；

所述超辐射光源镜头（220）至少包括一套设端和采集端，其中

所述套设端内径半径大小小于所述采集端内径半径大小；

多个所述超辐射光源镜头（220）呈圆周阵列布置于所述套设端的端面上，并位于所述采集端内。

2.根据权利要求1所述的一种光学发动机缸内可视化实验装置，其特征在于，所述采集端的内壁设置有折射镜（221），所述折射镜（221）用于对所述超辐射发光芯片（222）射光中的20°散射光提供修正，以保持沿采所述集端轴向射出。

3.根据权利要求1所述的一种光学发动机缸内可视化实验装置，其特征在于，所述延长活塞（150）内的轴心处设置有反光镜（160），所述反光镜（160）作为媒介以使水平设置的高速相机（210）采集沿竖直方向保持活塞运动的所述玻璃活塞（140）。

4.根据权利要求3所述的一种光学发动机缸内可视化实验装置，其特征在于，所述反光镜（160）的背光面设置有直角三角形台，所述反光镜（160）位于该直角三角形台的斜面。

5.根据权利要求1所述的一种光学发动机缸内可视化实验装置，其特征在于，所述超辐射发光芯片（222）为超辐射二极管SLD。