運動火源擴散火焰鋒面三維結構測量系統的製作方法

2023-07-25 17:21:41 2

專利名稱：運動火源擴散火焰鋒面三維結構測量系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及火焰鋒面測量技術領域，特別涉及運動火源擴散火焰鋒面三維結構測量系統。
背景技術：
燃料和氧化劑在燃燒之前是分開的火焰形式稱為非預混燃燒火焰(non-premixed flame)。非預混燃燒火焰主要是通過燃料與氧化劑之間相互擴散來進行的，因而又稱為擴散火焰(diffusion flame)。擴散火焰是自然界和實際應用中較常見的一種火焰形式，如蠟燭的火焰，煤和木材等固體燃料直接燃燒產生的火焰，火箭發動機、航空發動機、燃氣輪機和柴油機中的直噴燃油燃燒產生的火焰都屬於擴散火焰。其中，液體或固體燃料直接燃燒引起的火災便上一種現實生活中最常見的、在時間和空間上失去控制的擴散燃燒，也是一種違反人們意願並對生命、財產、環境和文化遺產等具有破壞性的燃燒。目前，各國研究者對擴散燃燒及其火焰結構研究較廣泛，從火焰特徵的提取、固態可燃物的熱解與著火、火焰蔓延和材料的燃燒、火焰面間斷的界面捕捉、特殊火行為(回燃、轟燃、火旋風和揚沸等)、火焰結構的數值模擬、火焰的分形結構特徵等方面著手推動著擴散燃燒理論體系的發展。然而，已有的這類研究幾乎均是基於這一前提條件，即引起擴散燃燒的火源點是靜止的，這與靜止火源著火等引起的燃燒情景是吻合的。但在許多實際情況下，也會發生火源仍處於運動狀況這類擴散燃燒場景，如高速運動物體(如高速列車、賽車、飛機和航天飛行器等)表面起火引起的燃燒。隨著社會發展和各種交通工具增多，運行速度加快，高速運動物體表面起火，即運動火源擴散燃燒產生的火焰更具廣泛性、複雜性和多變性。但迄今為止，人們仍未能清晰地認識運行火源擴散火焰結構的本質和規律，也未能產生能夠準確表徵其火焰鋒面結構特性的數學模式。運動火源擴散燃燒引起的火焰結構要比普通受限空間內固定火源預混燃燒產生的火焰結構更為複雜，僅僅依靠已有的經驗常識、火焰鋒面結構模型等已不足以深入認識這種火焰行為。同時，運動火源下火焰鋒面三維結構特性的研究是準確評估這一類型火焰湍流發展態勢、著火、熄火等的基礎性工作。然而關於高速運動條件下非混燃燒火焰鋒面結構的研究，國內外相關的文獻甚為鮮見。因此，對運動火源火焰鋒面圖像的灰度、彩色、空間紋理、幾何形狀等特徵的提取與識別，從而進行全面、深入的研究就顯得十分必要。擴散火焰鋒面(flame front)通常是向未燃氣流中傳播的、形狀皺褶的化學反應薄層，它是通過以固體輻射的可見光展現出來的，溫度較高的區域便可以認為是火焰鋒面區域。擴散火焰鋒面是一種被高度扭曲的分裂且皺褶的幾何表現，在對其進行定量分析時， 傳統的歐幾裡德幾何顯得無能為力，完全通過數值模擬和理論推導來進行可視化研究還有較大的困難。因而，很有必要通過實驗手段來探詢運動火源火焰鋒面的幾何特徵及其運動規律。近年來，隨著雷射、同步和計算機技術的發展，基於光散射原理的全場方法成為測量火焰前鋒圖像的主要手段。但常規的單鏡頭CCD或者單鏡頭高速攝影攝像由於採用的是
3單視角拍攝，缺乏三維立體感，只能用於二維火焰前鋒特徵的分析。為了得到真實的三維火焰前鋒特徵及運動圖像，現有的方法主要有三種(1) 一是採用多個CCD相機，從不同角度拍攝。其不足在於各CCD相機間很難做到同步拍攝，獲得的火焰鋒面難免會產生紋影和普通照相方法帶來的空間積分效果，需要複雜的標定過程才能獲得火焰前鋒的三維空間幾何特徵及其運動軌跡。(2) 二是採用雷射全息攝像技術。該方法的主要優點是能夠直接記錄火焰前鋒三維內空間的全部流場信息，但現有的全息成像系統非常複雜，且全息膠片中同時會記錄下火焰前鋒周圍空間碳粒子的散射及無用的噪音信號，需進行複雜處理才能對火焰前鋒作定性分析，而不能作定量分析。(3)三是採用由20世紀70年代末的固體散斑法發展而來，90年代後期成熟的粒子圖像測速(PIV)技術。該方法是通過硬體設備拍攝並測量燃燒湍流場中跟隨火焰運動的顆粒(示蹤粒子)的速度圖像，應用圖像處理算法提取示蹤粒子速度信息，顯示燃燒湍流場的速度矢量分布。由於加入的示蹤粒子可能對燃燒湍流場產生幹擾，且需進一步圖像邊界提取，因而用於火焰前鋒的三維空間幾何形狀的獲取準確度不高。總之，由於傳統的圖像獲取方法在運行火源擴散火焰鋒面三維結構顯示方面的局限性，迫切需要對其進行改進。

實用新型內容為了克服現有技術存在的上述不足，本實用新型提供了運動火源擴散火焰鋒面三維結構測量系統。本實用新型可以克服傳統火焰鋒面結構測量過程中著火火源點無法移動且其運行速度無法控制的缺陷；也可以克服單鏡頭CCD或者單鏡頭高速攝影攝像無法獲得火焰前鋒的三維空間幾何特徵及其運動軌跡以及跟隨性較差等問題。本實用新型可以通過以下技術方案予以實現。一種運動火源擴散火焰鋒面三維結構測量系統，包括雷射器、片光面透鏡、擴散燃燒器、同步控制器、穩壓及光照電源、計算機、圖像採集卡、圖像採集裝置、成像光學系統和速度控制系統，在所述雷射器發出的光路中設置能形成一個具有l.(T3. Omm厚度和 12° 20°張角片光束的所述片光面透鏡，所述片光面透鏡位於所述雷射器與擴散燃燒器之間，所述雷射器依次通過所述同步控制器、穩壓及光照電源與所述計算機連接；在所述擴散燃燒器的火焰和圖像採集裝置之間設置有將待測火焰左、右兩側圖像同時成像於圖像採集裝置表面的所述成像光學系統；圖像採集裝置通過圖像採集卡與計算機連接，實時接收成像光學系統所形成的左、右兩側火焰鋒面圖像，擴散燃燒器與所述速度控制系統連接。上述的運動火源擴散火焰鋒面三維結構測量系統中，所述圖像採集卡同時與用於火焰鋒面圖像採集頻率控制的採集控制裝置連接。上述的運動火源擴散火焰鋒面三維結構測量系統中，所述成像光學系統包括有右側一次反射鏡片、右側二次反射鏡片、遮光板、平面透鏡、準直透鏡、左側二次反射鏡片和左側一次反射鏡片，在擴散燃燒器燃燒產生的火焰鋒面發出的光路中設置形成左光束和右光束；在左束光路中，依次設置將光束改向的所述左側一次反射鏡片、左側二次反射鏡片；在右束光路中，也依次設置將光束改向的所述右側一次反射鏡片、右側二次反射鏡片；左側一次反射鏡片將光束反射至左側二次反射鏡片，右側一次反射鏡片將光束反射至右側二次反射鏡片，從左側二次反射鏡片和右側二次反射鏡片出來的左、右兩束光的相交處，設置一塊平面透鏡，平面透鏡之後設置一塊將光束變為平行光的準直透鏡，準直透鏡與圖像採集裝置的成像元件同軸，實現在一個成像元件上同時得到火焰鋒面左、右兩側的圖像。上述的運動火源擴散火焰鋒面三維結構測量系統中，在擴散燃燒器燃燒產生的待測火焰和圖像採集裝置之間設置有用以遮擋未經過改向的光束直接進入平面透鏡和準直透鏡的一塊遮光板。上述的運動火源擴散火焰鋒面三維結構測量系統，還包括與成像光學系統相連的光學系統調節裝置，用於調節右側一次反射鏡片與垂直面的夾角α、右側二次反射鏡片與垂直面的夾角〃、左側二次反射鏡片與垂直面的夾角r、左側一次反射鏡片與垂直面的夾角β的大小。上述的運動火源擴散火焰鋒面三維結構測量系統，所述擴散燃燒器固定於可作直線運動或旋轉運行的機械運動裝置上，機械運動裝置與速度控制系統連接，以調節擴散燃燒器的運動速度，機械運動裝置可以是直線運動裝置或圓周運動裝置中的一種。所述片光面透鏡包括柱面鏡和球面鏡；所述圖像採集裝置為CXD照相機或者高速攝像儀。利用上述測量系統的運動火源擴散火焰鋒面三維結構測量方法，包括所述同步控制器觸發雷射器產生的雷射脈衝通過所述片光面透鏡，變成所需的片光，照亮整個被測火焰鋒面區域；雷射器發出一個指令到同步控制器，由同步控制器控制圖像採集裝置同步工作；啟動計算機中的圖像採集控制軟體，先將圖像採集裝置的光圈數調到最大，同時將圖像採集控制軟體設定在實時圖像顯示狀態，通過圖像採集裝置觀看所拍攝火焰鋒面圖像的效果；根據火焰鋒面區域光線情況，調節採集裝置焦距，配合光圈再進一步確定曝光時間，直至獲得清晰的火焰鋒面圖像；利用速度控制系統控制擴散燃燒器的移動速度；在各速度下，同步控制器觸發雷射器、圖像採集裝置與圖像採集卡、採集控制裝置，對不同速度下的火焰鋒面圖像進行測量；計算機中的數據採集軟體開始採集數據，同時圖像採集裝置進行火焰鋒面圖像拍攝；圖像拍攝完畢後，停止數據採集，對採集到的一些火焰鋒面圖像進行互相關分析，直至能夠獲得清晰的圖像，保存火焰鋒面圖像；測試結束後，熄滅火，保存好所得的實驗數據，將測量系統恢復到初始狀態；圖像採集裝置所記錄的火焰鋒面左、右兩側的數字影像圖經過計算機三維圖像重構處理，能數值再現三維圖包含的火焰兩相流固相顆粒團三維濃度場，結合成時間序列分布的火焰運動圖像，還能夠得到火焰兩相流的三維速度場，從而獲得火焰鋒面的三維結構。上述的測量方法中，通過調節夾角α、夾角θ、夾角r和夾角β之間的關係，可將左、右兩側不同位置處的火焰鋒面圖像同時成像於圖像採集裝置的成像元件表面。上述的測量方法中，通過調節擴散燃燒器中噴嘴的開度控制所產生火焰的高度和寬度；調節片光面透鏡使火焰鋒面區域的片光厚度達到1. (Γ3. Omm,張角達到12° 20°。與現有技術相比較，本實用新型具有以下優點1、本實用新型的測量系統結構簡單，參數穩定，操作靈活方便，能夠通過速度控制系統調節擴散燃燒器位於直線運動裝置上時的直線運動速度，或位於圓周運動裝置上時的轉速和線速度，產生火源在各種運動速度下的擴散火焰鋒面；本實用新型中的擴散燃燒器能調節所產生的擴散火焰大小，從而可呈現出不同燃燒強度下的擴散火焰鋒面結構特徵； 本實用新型中的成像光學系統使得在使用一臺CCD照相機或高速攝像儀對火焰鋒面進行拍攝時，CCD成像元件上能夠同時獲得火焰鋒面左右兩側面的影像，避免了多攝像機系統存在的同步性差、成本高等問題。2、利用本實用新型中的成像光學系統，圖像採集裝置所記錄的火焰鋒面左、右兩側的數字影像圖經過亞像素模式識別、逆向投影算法重建、紋理貼圖等計算機三維圖像重構處理，可數值再現三維圖包含的火焰兩相流固相顆粒團三維濃度場，結合成時間序列分布的火焰運動圖像，還能夠得到火焰兩相流的三維速度場，從而獲得火焰鋒面的三維結構， 可以用來研究火焰的瞬態過程，真正實現火焰顯示測量的可視化和實時化，為研究運動火源擴散火焰鋒面的幾何特徵、形態變化的影響因素及其熄火條件等提供實驗基礎。(3)本實用新型對運動火源非預火焰鋒面結構的測量屬於非接觸式測量，火焰鋒面成像過程中沒有示蹤粒子、儀器探頭等擾動火焰鋒面結構及其濃度場和速度場，雷射器產生的具有l.(T3.0mm厚度和12° 20°張角的片光束通過待測火焰鋒面區域時並不對其造成幹擾，從而避免由此產生的測量誤差，測量精度較高。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。

圖1是本實用新型運動火源擴散火焰鋒面三維結構測量系統的結構示意圖。圖2是本實用新型中成像光學系統的結構示意圖。圖3是直線運動裝置的結構示意圖。圖4是圓周運動裝置的結構示意圖。附圖中標號說明1-雷射器；2-片光面透鏡；3-擴散燃燒器；4-同步控制器；5-穩壓及光照電源；6-計算機；7-採集控制裝置；8-圖像採集卡；9-圖像採集裝置；10-光學系統調節裝置；11-成像光學系統；12-速度控制系統；13-右側一次反射鏡片；14-右側二次反射鏡片；15-遮光板；16-平面透鏡；17-準直透鏡；18-左側二次反射鏡片；19-左側一次反射鏡片；20-驅動輪；21-改向輪；22-傳送帶；23-實心圓形轉盤；24-轉軸。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步描述，但本實用新型的實施和保護範圍不限於此。如圖1所示，為本實施方式運動火源擴散火焰鋒面三維結構測量系統的結構示意圖。測量系統包括雷射器1、片光面透鏡2、擴散燃燒器3、同步控制器4、穩壓及光照電源5、 計算機6、採集控制裝置7、圖像採集卡8、圖像採集裝置9、光學系統調節裝置10、成像光學系統11、速度控制系統12。雷射器1可採用脈衝銥-釹石榴石雷射器1 (Nd:Yag雷射器)， 將Nd:Yag雷射器1通過支座固定於地板上。Nd:Yag雷射器1供給本測量系統寬動態範圍的雷射源，向被測擴散燃燒器3產生的火焰鋒面區域提供短持續脈衝且發出已被準直的能量。在Nd:Yag雷射器1發出的光路中設置形成一個片光面透鏡2，以提供具有一定厚度 (1. 0^3. Omm)和張角(12° ^20° )的片光束。片光面透鏡2包括柱面鏡和球面鏡。準直後的雷射束通過柱面鏡後在向擴散火焰鋒面區域方向內發散，球面鏡用於控制片光的厚度在 1. (Γ3. Omm之間。Nd:Yag雷射器1通過同步控制器4、穩壓及光照電源5與計算機6連接。 穩壓及光照電源5為Nd: Yag雷射器1和同步控制器4提供電壓穩定的電源。同步控制器 4通過計算機6內的軟體來控制和協調Nd:Yag雷射器1和圖像採集裝置9間的工作時序， 保證系統中的所有部件按照一定的時間順序協調運行。當Nd:YAG雷射器1準備工作時，發出一個指令到同步控制器4，由同步控制器4控制圖像採集裝置9同步。在待測擴散燃燒器3產生的火焰鋒面區域和圖像採集裝置9之間設置將待測火焰鋒面區域左、右兩側圖像同時成像於圖像採集裝置9表面的成像光學系統11。圖像採集裝置9通過圖像採集卡8與計算機6連接，實時接收成像光學系統11所形成的左、右兩側火焰鋒面圖像。為確保Nd: YAG雷射器1與圖像採集裝置9同步，在圖像採集卡8上連接有一臺採集控制裝置7(用於控制火焰鋒面圖像採集頻率)。兩幀圖像採集裝置9分別攝取Nd:YAG 雷射器1發出的兩個脈衝片光源照射到的待測火焰鋒面區域，並將兩幅火焰鋒面圖像傳輸到圖像採集裝置9中進行相關圖像處理，處理後得到的左、右兩側火焰鋒面圖像傳送給計算機6保存等待進一步的後期處理。如圖2所示，為本實施方式中成像光學系統11的結構示意圖。成像光學系統11 包括有右側一次反射鏡片13 ；右側二次反射鏡片14 ；遮光板15 ；平面透鏡16 ；準直透鏡17 ； 左側二次反射鏡片18 ；左側一次反射鏡片19。在擴散燃燒器3燃燒產生的火焰鋒面發出的光路中設置形成左光束和右光束的反射鏡片組；在左束光路中，依次設置將光束改向的左側一次反射鏡片19、左側二次反射鏡片18 ；在右束光路中，也依次設置將光束改向的右側一次反射鏡片13、右側二次反射鏡片14。在左、右兩束光相交處，設置一塊平面透鏡16，之後設置一塊將光束變為平行光的準直透鏡17。準直透鏡17與圖像採集裝置9的成像元件必須保持同軸。擴散燃燒器3產生的火焰光束經過反射鏡片組反射後，光束穿過平面透鏡 16後，被準直透鏡17校直成平行光束，最後被圖像採集裝置9的鏡頭接收，在其成像元件上同時成兩個不同角度的火焰鋒面圖像，實現了在一個成像元件上同時得到火焰鋒面左、右兩側的圖像。成像光學系統11與光學系統調節裝置10相連接，用於調節右側一次反射鏡片與垂直面的夾角〃、右側二次反射鏡片與垂直面的夾角〃、左側二次反射鏡片與垂直面的夾角r、左側一次反射鏡片與垂直面的夾角β的大小。通過調節夾角α、夾角θ、夾角r和夾角β之間的關係，可將左、右兩側不同位置處的火焰鋒面圖像同時成像於圖像採集裝置 9的成像元件表面。為遮擋未經過改向的光束直接進入平面透鏡16和準直透鏡17，在待測擴散燃燒器3燃燒產生的火焰鋒面區域和圖像採集裝置9之間設置了一塊遮光板15。擴散燃燒器3可是燃燒固體燃料、液體燃料或氣體中的一種，當燃燒固體燃料時， 通過調節固體燃料的重量可控制火焰高度和寬度；當燃燒液體燃料或氣體時，也可通過調節噴嘴的開度產生各種高度和寬度的火焰，從而呈現出不同燃燒強度下的擴散火焰鋒面結構特徵。圖像採集裝置9可以是CXD照相機或者是高速攝像儀中的一種。選用CXD照相機時，選用互相關模式，前後兩個時刻拍攝到的火焰鋒面左、右兩側的圖像被存儲到CCD照相機中的不同幀存儲器中，然後再分別傳輸到計算機6中去，這樣處理可以明確知道兩幀火焰鋒面圖像的時間順序。選用高速攝像儀時，將高倍攝像鏡頭裝在高速攝影儀前，對準調節好鏡頭，使之正對所要拍攝的火焰鋒面區域，連接好高速攝影儀和圖像採集卡8、計算機6 的數據線，啟動計算機6裡的圖像採集程序，就能實現拍攝火焰鋒面圖像的實時顯示、拍攝和保存。將擴散燃燒器3固定於可作直線運動或旋轉運行的機械運動裝置上，機械運動裝置與速度控制系統12連接，通過速度控制系統12調節擴散燃燒器位於直線運動裝置上時的直線運動速度，或位於圓周運動裝置上時的轉速和線速度，可產生火源在各種運動速度下的擴散火焰鋒面。如圖3所示，為本實用新型中直線運動裝置的結構示意圖。本實用新型直線運動裝置包括驅動輪20、改向輪21、傳送帶22。將擴散燃燒器3固定於傳送帶22上，通過速度控制系統12調節驅動輪20的轉速，可改變傳送帶22的直線運動速度，從而調節擴散燃燒器作直線運動時的速度。如圖4所示，為本實用新型中圓周運動裝置的結構示意圖。本實用新型圓周運動裝置包括實心圓形轉盤23、轉軸M。將擴散燃燒器3固定於實心圓形轉盤23上，通過速度控制系統12調節轉軸M的轉速，可改變傳實心圓形轉盤23的圓周運動速度，從而調節擴散燃燒器作圓周運動時的速度。實施例——火源點作直線運動時，燃燒氣體燃料產生的擴散火焰鋒面結構的測量方法與步驟。本實施例針對所提供的火焰鋒面結構測量系統，實驗測試擴散燃燒器3作不同直線運動時，燃燒氣體燃料產生的擴散火焰鋒面結構。具體實驗步驟如下步驟一進行實驗前的準備安排好分工，實驗運行與測試人員分別到位準備實驗；選用甲烷作為氣體燃料，在擴散燃燒器3中配比0. 的甲烷氣體；將擴散燃燒器3固定於傳送帶22上。打開警示標誌，防止他人無關試驗人員誤入雷射工作區域，移除所有可能被雷射引燃或損壞的物件，實驗員應戴好防護鏡；步驟二 根據火焰鋒面測量系統的操作規程，依次打開計算機6、圖像採集控制軟體、穩壓及光照電源5、同步控制器4、圖像採集卡8、採集控制裝置7、圖像採集裝置9、光學系統調節裝置10、速度控制系統12並進行相關參數的設置，最後打開Nd:YAG雷射器1。認真調整其參數，使同步控制器4觸發的Nd: YAG雷射器1所產生的雷射脈衝通過一個由球面鏡和柱面鏡組成的片光面透鏡2，將雷射變成所需的片光，照亮整個被測火焰鋒面區域。步驟三調節擴散燃燒器3中噴嘴的開度控制所產生火焰的高度為0. 15m、寬度為 0. 06m。步驟四啟動計算機6中的圖像採集控制軟體後，先將圖像採集裝置9的光圈數調到最大，同時將圖像採集控制軟體設定在實時圖像顯示狀態，打開圖像採集裝置9的鏡頭蓋觀看所拍攝火焰鋒面圖像的效果。根據火焰鋒面區域光線情況，調節焦距，配合光圈再進一步確定曝光時間，直至獲得清晰的火焰鋒面圖像。實驗人員同時記錄好纊IOmin燃燒時間內的室溫、壓力等各類實驗數據。步驟五打開Nd:Yag雷射器1的保護蓋，用軟體控制雷射器1使其處於運行狀態，調節片光面透鏡使火焰鋒面區域的片光厚度達到l.(T3. 0mm，張角達到12° 20°。步驟六利用速度控制系統12調節驅動輪20的轉速，以改變傳送帶22的直線運動速度，擴散燃燒器3的速度分別為0m/s、0. 5m/s、l. 0m/s、2. 0m/s、5. Om/sUO. Om/s、 20. Om/s等。在各速度下，啟動同步控制器4，使Nd YAG雷射器1、圖像採集裝置9與圖像採集卡8、採集控制裝置7按照預定的時間觸發，分別對火焰鋒面圖像進行測量。步驟七計算機6中的數據採集軟體開始採集數據，同時圖像採集裝置9進行火焰鋒面圖像拍攝。圖像拍攝完畢後，停止數據採集，並讀取相關的實驗參數；對採集到的一些火焰鋒面圖像進行互相關分析，若效果不好，則調節上述相關部件的參數後繼續採集數據重新拍攝該運行速度下的火焰鋒面圖像，直至能夠獲得比較理想的圖像，保存火焰鋒面圖像。步驟八一組實驗結束後，熄滅火，保存好所得的實驗數據，整理實驗場地和相關實驗儀器、設施，清理乾淨擴散燃燒器3中的剩餘燃料，將火焰鋒面測量系統各部件及各測量子系統恢復到初始狀態，再重複步驟六、七，改變擴散燃燒器3的速度，進行下一組實驗測試。步驟九全部實驗結束畢後，按照制定的操作規程依次關閉所有實驗儀器設備。圖像採集裝置所記錄的火焰鋒面左、右兩側的數字影像圖經過亞像素模式識別、 逆向投影算法重建、紋理貼圖等計算機三維圖像重構處理，可數值再現三維圖包含的火焰兩相流固相顆粒團三維濃度場，結合成時間序列分布的火焰運動圖像，還能夠得到火焰兩相流的三維速度場，從而獲得火焰鋒面的三維結構，可以用來研究火焰的瞬態過程，真正實現火焰顯示測量的可視化和實時化，為研究運動火源擴散火焰鋒面的幾何特徵、形態變化的影響因素及其熄火條件等提供實驗基礎。
權利要求1.運動火源擴散火焰鋒面三維結構測量系統，其特徵在於包括雷射器、片光面透鏡、 擴散燃燒器、同步控制器、穩壓及光照電源、計算機、圖像採集卡、圖像採集裝置、成像光學系統和速度控制系統，在所述雷射器發出的光路中設置能形成一個具有l.(T3. Omm厚度和 12° 20°張角片光束的所述片光面透鏡，所述片光面透鏡位於所述雷射器與擴散燃燒器之間，所述雷射器依次通過所述同步控制器、穩壓及光照電源與所述計算機連接；在所述擴散燃燒器的火焰和圖像採集裝置之間設置有將待測火焰左、右兩側圖像同時成像於圖像採集裝置表面的所述成像光學系統；圖像採集裝置通過圖像採集卡與計算機連接，擴散燃燒器與所述速度控制系統連接。
2.根據權利要求1所述的運動火源擴散火焰鋒面三維結構測量系統，其特徵在於所述圖像採集卡同時與用於火焰鋒面圖像採集頻率控制的採集控制裝置連接。
3.根據權利要求1所述的運動火源擴散火焰鋒面三維結構測量系統，其特徵在於所述成像光學系統包括有右側一次反射鏡片、右側二次反射鏡片、遮光板、平面透鏡、準直透鏡、左側二次反射鏡片和左側一次反射鏡片，在擴散燃燒器燃燒產生的火焰鋒面發出的光路中設置形成左光束和右光束；在左束光路中，依次設置將光束改向的所述左側一次反射鏡片、左側二次反射鏡片；在右束光路中，也依次設置將光束改向的所述右側一次反射鏡片、右側二次反射鏡片；左側一次反射鏡片將光束反射至左側二次反射鏡片，右側一次反射鏡片將光束反射至右側二次反射鏡片，從左側二次反射鏡片和右側二次反射鏡片出來的左、右兩束光的相交處，設置一塊平面透鏡，平面透鏡之後設置一塊將光束變為平行光的準直透鏡，準直透鏡與圖像採集裝置的成像元件同軸。
4.根據權利要求3所述的運動火源擴散火焰鋒面三維結構測量系統，其特徵在於在擴散燃燒器燃燒產生的待測火焰和圖像採集裝置之間設置有用以遮擋未經過改向的光束直接進入平面透鏡和準直透鏡的一塊遮光板。
5.根據權利要求1所述的運動火源擴散火焰鋒面三維結構測量系統，其特徵在於還包括與成像光學系統相連的用於調節右側一次反射鏡片與垂直面的夾角〃、右側二次反射鏡片與垂直面的夾角〃、左側二次反射鏡片與垂直面的夾角r、左側一次反射鏡片與垂直面的夾角β的大小的光學系統調節裝置。
6.根據權利要求廣5任一項所述的運動火源擴散火焰鋒面三維結構測量系統，其特徵在於所述擴散燃燒器固定於可作直線運動或旋轉運行的機械運動裝置上，機械運動裝置與速度控制系統連接。
7.根據權利要求6所述的運動火源擴散火焰鋒面三維結構測量系統，其特徵在於所述片光面透鏡包括柱面鏡和球面鏡；所述圖像採集裝置為CCD照相機或者高速攝像儀。
專利摘要本實用新型公開運動火源擴散火焰鋒面三維結構測量系統，測量系統包括雷射器、片光面透鏡、擴散燃燒器、同步控制器、穩壓及光照電源、計算機、圖像採集卡、圖像採集裝置、光學系統調節裝置、成像光學系統、速度控制系統；成像光學系統包括右側一次反射鏡片、右側二次反射鏡片、遮光板、平面透鏡、準直透鏡、左側二次反射鏡片和左側一次反射鏡片。本實用新型能通過速度控制系統調節燃燒器的運動速度，且能調節擴散火焰大小，從而獲得運動火源在各種運動速度和燃燒強度下的擴散火焰鋒面。本實用新型還能通過成像光學系統實現在CCD成像元件上同時得到火焰鋒面左右兩側面的影像，可以實現非接觸式測量，通過圖像重構獲得高精度火焰鋒面的三維結構。
文檔編號G01P5/22GK201993091SQ20112004138
公開日2011年9月28日 申請日期2011年2月18日 優先權日2011年2月18日
發明者樓波, 龍新峰 申請人:華南理工大學