一种激光诱导荧光三维流体探测系统技术方案

本实用新型专利技术实施例提供了一种激光诱导荧光三维流体探测系统，所述探测系统包括：片状光激光器，透镜组，扫描设备，图像采集设备以及图像处理设备；片状光激光器输出片状激光，利用透镜组对片状激光进行准直和扩束获得片状探测光，利用扫描设备控制所述片状探测光在按照预设的速度，对所述探测区域中包含荧光染料的流体样品进行扫描，扫描的方向与片状探测光入射探测区域的方向垂直，图像采集设备采集所述片状探测光照射流体样品所得的多幅二维荧光图像，对多幅二维荧光图像进行三维重建得到探测区域的三维标量场，实现流体的三维标量场测量。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光学
，特别是涉及一种激光诱导荧光三维流体探测系统。
技术介绍
流体力学是研宄流体(包括液体和气体)的力学运动规律及其应用的学科，流体力学中主要涉及的流场包括标量场和矢量场。常见的标量场包括温度场和浓度场等，常见的矢量场有速度场等。流动测量又是研宄流体力学中流场的重要手段。很多重要的流动现象，比如:激波、边界层、壁面猝发以及大涡结构等都是通过流动测量来发现的。对于流动测量，主要包括接触式测量和非接触式测量。与接触式测量相比，非接触式测量不会对原流场产生扰动，是精细流动测量尤其是湍流测量的重要手段。激光诱导焚光(Laser-1nduced Fluorescence，LIF)技术是目前常用的一种非接触式的流动测量技术。激光照射到被探测的流体上，当激光光子的能量等于被探测的流体中某种组分的分子中两个特定能级之间的能量差时，该分子会吸收激光光子的能量跃迀至高能态。跃迀到高能态的分子不稳定，会很快从高能态返回基态。分子从高能态返回基态的过程中，会产生自发辐射释放能量产生荧光。利用图像采集设备记录随被探测的流体一起流动的荧光物质的荧光，可以实现对复杂流场的可视化。LIF主要应用于水体流场的流动测量，当然也可以应用于气体以及等离子体等流场的流动测量。目前，激光诱导荧光探测主要采用PLIF技术，利用传统线性激光器作为光源，TEMtltl模式下输出的激光为高斯分布激光，通过半圆柱透镜获得扇形片光源，难以实现高精度三维流动测量。
技术实现思路
本技术解决的技术问题在于提供一种激光诱导荧光三维流体探测系统，对片状光激光器输出片状激光扩束和准直后获得所需宽度的片状探测光，利用扫描设备控制片状探测光对探测区域中的探测样品进行扫描，解决了现有技术中无法实现高精度三维流动测量的问题。为此，本技术解决技术问题的技术方案是:一种激光诱导荧光三维流体探测系统，所述系统包括:片状光激光器，透镜组，扫描设备，图像采集设备以及图像处理设备；所述片状光激光器包括多点式半导体激光器LD bar条，耦合镜以及谐振腔，所述谐振腔中设置有倍频晶体；所述多点式LD bar条作为所述片状光激光器的泵浦光源，输出片状的泵浦光；所述耦合镜将所述片状的泵浦光耦合至所述谐振腔；所述片状的泵浦光经过所述谐振腔进行放大和倍频后输出片状激光；所述透镜组对所述片状激光进行扩束和准直后得到片状探测光，将所述片状探测光输出至所述扫描设备；所述扫描设备将所述片状探测光反射至流动样品探测区域，并且在垂直于所述片状探测光入射至探测区域的方向上，控制所述片状探测光在按照预设的速度对所述探测区域的流动样品进行扫描；所述图像采集设备采集所述片状探测光照射所述探测区域的流动样品所得的多幅二维荧光图像；所述图像处理设备对多幅所述二维荧光图像进行三维重建获得所述探测区域的流动样品的三维探测结果。可选的，所述片状光激光器还包括:整形器件，所述整形器件设置在所述多点式LD bar条以及所述耦合镜之间；所述整形器件接收所述多点式LD bar条输出的片状的泵浦光，对所述片状的泵浦光进行整形，向所述耦合镜输出光强均匀化的片状泵浦光。可选的，所述透镜组包括:多个球面镜组成的第一子透镜组和多个柱面镜组成的第二子透镜组；所述第一子透镜组对所述片状激光进行5倍扩束；所述第二子透镜组对所述片状激光的子午方向实现10倍扩束。可选的，所述扫描设备包括:三个反射镜，两个运动导轨，与两个运动导轨分别匹配的滑块以及两个驱动电机；所述第一反射镜和第二反射镜固定安装在所述第一滑块上，所述第一滑块滑动安装在所述第一运动导轨上，所述第一滑块能够在第一驱动电机的驱动下沿所述第一运动导轨滑动；所述第三反射镜固定安装在所述第二滑块上，所述第二滑块滑动安装在所述第二运动导轨上，所述第二滑块能够在第二驱动电机的驱动下沿所述第二运动导轨滑动；所述第一反射镜和第二反射镜相互垂直，所述第二反射镜和第三反射镜相互水平，所述第一运动导轨与所述第二运动导轨平行；片状探测光入射至所述第一反射镜后，所述第一反射镜将所述片状探测光反射至所述第二反射镜，所述第二反射镜将所述片状探测光反射至所述第三反射镜，所述第三反射镜将所述片状探测光反射至所述探测区域；在第二驱动电机以及第一驱动电机的驱动下，所述第二滑块和所述第一滑块同步移动，并且所述第一滑块的移动速度是所述第二滑块的1/2，以使得所述片状探测光达到探测区域的光程相同，以便控制所述片状探测光按照预设的速度和方向对所述探测区域的流动样品进行照射。可选的，所述图像处理设备包括:计算机，图像存储器，控制器以及电源；所述计算机用于对多幅所述二维荧光图像进行三维重建获得所述探测区域的流动样品的三维探测结果；所述图像存储器用于存储多幅所述二维荧光图像；所述控制器用于控制所述扫描设备与所述图像采集设备实现探测和图像采集同步；所述电源给所述系统中的设备提供电能。可选的，所述图像采集系统包括:互补金属氧化物半导体CMOS高速相机或电荷耦合元CCD高速相机，所述高速相机固定于第三滑块，在探测过程中，所述第三滑块与所述第二滑块以相同速度和方向同步移动，以保障所采集的二维荧光图像景深不变。可选的，所述片状光激光器输出片状激光的波长包括:473nm 或 532nm。可选的，所述片状探测光的宽度为0.5m。通过上述技术方案可知，本技术有如下有益效果:本技术实施例提供了一种激光诱导荧光三维流体探测系统及探测方法，所述探测系统包括:片状光激光器，透镜组，扫描设备，图像采集设备以及图像处理设备；所述片状光激光器包括多点式半导体激光器LD bar条，耦合镜以及谐振腔，所述谐振腔中设置倍频晶体；所述多点式LD bar条作为所述片状光激光器的泵浦光源，输出片状的泵浦光；所述耦合镜将所述片状的泵浦光耦合至所述谐振腔；所述片状的泵浦光经过所述谐振腔进行放大和倍频后输出片状激光；所述透镜组对所述片状激光进行扩束和准直后得到片状探测光，将所述片状探测光输出至所述扫描设备；所述扫描设备将所述片状探测光反射至流动样品探测区域，并且在垂直于所述片状探测光入射至探测区域的方向上，控制所述片状探测光在按照预设的速度对所述探测区域的流动样品进行扫描；所述图像采集设备采集所述片状探测光照射所述探测区域的流动样品所得的多幅二维荧光图像；所述图像处理设备对多幅所述二维荧光图像进行三维重建获得所述探测区域的流动样品的三维探测结果。片状光激光器输出片状激光，利用透镜组对片状激光进行准直和扩束获得片状探测光，利用扫描设备控制所述片状探测光在按照预设的速度对所述探测区域的流动样品进行扫描，图像采集设备采集多幅所探测的二维荧光图像，对多幅二维荧光图像进行三维重建得到对探测区域中的探测样品流体的三维标量场，实现对流体的三维标量场测量。【附图说明】为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例所提供的激光诱导荧光三维流体探测系统结构示意图；图2为本技术实施例提供的片状光激光器内部结构示意图；图3为本技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光诱导荧光三维流体探测系统，其特征在于，所述系统包括：片状光激光器，透镜组，扫描设备，图像采集设备以及图像处理设备；所述片状光激光器包括多点式半导体激光器LD bar条，耦合镜以及谐振腔，所述谐振腔中设置有倍频晶体；所述多点式LD bar条作为所述片状光激光器的泵浦光源，输出片状的泵浦光；所述耦合镜将所述片状的泵浦光耦合至所述谐振腔；所述片状的泵浦光经过所述谐振腔进行放大和倍频后输出片状激光；所述透镜组对所述片状激光进行扩束和准直后得到片状探测光，将所述片状探测光输出至所述扫描设备；所述扫描设备将所述片状探测光反射至流动样品探测区域，并且在垂直于所述片状探测光入射至探测区域的方向上，控制所述片状探测光在按照预设的速度对所述探测区域的流动样品进行扫描；所述图像采集设备采集所述片状探测光照射所述探测区域的流动样品所得的多幅二维荧光图像；所述图像处理设备对多幅所述二维荧光图像进行三维重建获得所述探测区域的流动样品的三维探测结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄真理，
申请(专利权)人：黄真理，
类型：新型
国别省市：北京;11