本实用新型专利技术涉及一种电驱激光切片的光学发动机内三维火焰形状测量系统，包括高速激光器、片光生成模块、折射镜、高速直线电机、高速相机；所述的高速激光器发射的激光束穿过片光生成模块，所述的片光生成模块由凹面镜、凹凸镜和圆柱型凹面镜组成光路；穿过片光生成模块后的光通过折射镜90°折射后通过与光束垂直布置的高速相机进行采集，所述的折射镜与高速直线电机连接；所述的片光生成模块与高速相机成平行布置。本实用新型专利技术的有益效果是可以有效地实现光学发动机内火焰的三维测量。同时相比于现有的二维激光切片测量技术，该方法在物理硬件上仅添加了一个高速直线电机，因此实现成本较低。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及测量装置，具体涉及一种电驱激光切片的光学发动机内三维火焰形状测量系统。
技术介绍
随着发动机缸内直喷技术的发展，特别是针对喷雾引导式分层燃烧技术的开发，需要了解详细的火焰发展过程。火焰的传播是在缸内非均匀燃料场及气流场内进行的，其传播速度具有较大的各向差异性，导致了火焰具有复杂的几何形状。目前针对光学发动机内的火焰形状测量，主要采用激光切片方法，其原理是利用米氏散射效应，使预先充入缸内的微小颗粒物(例如橄榄油颗粒)，在高能激光照射下，产生散射效应，并通过照相机记录下这些亮度信号。火焰传播过程中会消耗掉火焰锋面经过处的微小颗粒物，导致无法产生亮度信号，因此通过对所记录的图片进行处理，可以清晰地分辨出黑色的火焰已燃区域与发亮的未然区域，而其交界处即是火焰的外形结构。由于该方法采用单一片形激光束进行测量，因此仅能完成对火焰某一固定位置截面形状的测量，属于两维测量方法，无法反映出火焰真实的三维结构，可能误导发动机燃烧室的开发工作。而现有的全息成像技术，通常需要采用多台相机同步测量，除了成本昂贵外，由于光学发动机的结构限制，无法提供足够的光学可视区域，难以应用于光学发动机内的火焰结构测量。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可实现对火焰形状进行三维测量的系统。为达到上述技术目的，提供一种电驱激光切片的光学发动机内三维火焰形状测量系统，包括高速激光器、片光生成模块、折射镜、高速直线电机、高速相机;沿激光发射方向上依次设置片高速激光器、片光生成模块和折射镜，片光生成模块由凹面镜、凹凸镜和圆柱型凹面镜组成光路;激光折射方向的垂直位置上设置有高速相机，片光生成模块与高速相机成平行布置;所述的折射镜与高速直线电机连接。优选的，所述的高速相机与折射镜之间放置具有透明缸套结构的光学发动机。优选的，还包括用于同步激光发射频率、直线电机运动位置及高速相机快门的信号同步器。优选的，所述的高速相机采集到的信息传送到具有后处理算法的计算机。本技术采用直线电机直接驱动二维片状光源折射镜片，从而使从激光发射器内发射出的光射入折射镜片后，折射镜在短时间内被电机快速改变片光射入火焰的位置，实现分层记录多个火焰截面，并利用后处理算法，重构出整个火焰的三维结构外形。该系统仅需要单个高速相机，相机位置固定不变，试验布局简单，特别适合光学发动机内三维火焰结构的测量，并用于指导发动机燃烧室的开发工作。本技术的有益效果是可以有效地实现光学发动机内火焰的三维测量。同时相比于现有的二维激光切片测量技术，该方法在物理硬件上仅添加了一个高速直线电机，因此实现成本较低。通过软件数据修正可以快速的获得缸内复杂的三维火焰形状及其发展过程，进而准确的测量火焰传播速度，为新型的燃烧室开发提供可靠的数据支持。同时对二维图像内的示踪粒子进行相关性计算，还可以得到每个二维截面内的流场速度信息。该方法还可以应用于喷雾过程的三维几何外形测量，并推广到其他类型燃烧器的火焰三维测量。【附图说明】图1为本技术测量系统的整体示意图；图2为本技术中片光生成模块的侧视图；图3为本技术中片光生成模块的俯视图；图4为本技术测量系统的俯视图；其中:1-高速激光器 2-片光生成模块21-圆柱型凹面镜22-凹凸镜 23-凹面镜3-折射镜4-高速直线电机 5-高速相机6-计算机7-信号同步器 8-光学发动机9-火焰【具体实施方式】以下结合附图和具体实施例，对本技术做进一步说明。根据图1至图4所示的一种电驱激光切片的光学发动机内三维火焰形状测量系统，包括高速激光器1、片光生成模块2、折射镜3、高速直线电机4、高速相机5和信号同步器8 ο所述的高速激光器I发射的激光束穿过片光生成模块2，所述的片光生成模块2由凹面镜23、凹凸镜22和圆柱型凹面镜21组成光路；穿过片光生成模块2后的光通过折射镜90°折射后，进入高速相机5与折射镜3之间放置的具有透明缸套结构的光学发动机8中，然后通过高速相机5进行采集。所述的折射镜3与高速直线电机4连接，所述的片光生成模块2与高速相机5成平行布置，高速相机5与折射后的光线垂直。图1仅为示意，具体布置方式见图4。信号同步器7用于同步激光发射频率、直线电机运动位置及高速相机快门频率。高速相机5采集到的信息传送到具有后处理算法的计算机6内进行处理。整个系统的工作过程如下:固定的高速激光器I，可选用Nd:Yag激光器，发射的单点激光束进入片状光源生成模块2ο在片光生成模块2内，通过一个由凹面镜23、凹凸镜22和圆柱形凹面镜21组成的光路，实现光线在俯视面内的聚焦，同时调节凹凸镜22的位置可以实现焦距调节。在正视面内，利用圆柱形凹面镜21将激光束拓展成片状激光。该专利技术的核心创新点是将平面折射镜3装载在了高速直线电机4上，折射镜3将片光生成模块2的光线折射90度后，射入具有透明缸套结构的光学发动机8内，由于折射镜3惯性质量很小，有利于稳定的高速位置运动控制，可以实现片状激光光源的快速平行位移，从而在短时间内对火焰的不同位置进行激光切片。当激光片光在遇到缸内微小颗粒物，例如橄榄油颗粒时是会发生折射，发光放亮，而在火焰已燃区内部不存在微小颗粒物，因此成暗黑色。这些光信号通过高速相机5进行记录。测量过程中，采用信号同步器8同步激光发射频率，直线电机运动位置及相机快门的开关，连续的记录下不同位置火焰截面的二维形状。在后处理算法中，首先对每张记录的图片进行二值化处理，提取火焰边界。由于火焰的各个截面并不是在同一时间记录，因此需要进行修正。由于电机移动的速度较快，可以假设火焰在短时间内仅在运动面的正交方向常速运动，因此可以通过截面测量的时间间隔乘以正交方向的速度，来推算在火焰在此方向上边界的移动量，并进行修正计算，使各个截面的二维火焰边界修正到同一时刻。利用已知的各测量截面间的间距，利用三角面片法实现火焰的三维重构。以上已对本技术创造的较佳实施例进行了具体说明，但本技术创造并不限于所述的实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本技术创造精神的前提下还可以作出种种的等同的变型或替换，这些等同变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。【主权项】1.一种电驱激光切片的光学发动机内三维火焰形状测量系统，其特征在于，包括高速激光器、片光生成模块、折射镜、高速直线电机、高速相机； 沿激光发射方向上依次设置片高速激光器、片光生成模块和折射镜，片光生成模块由凹面镜、凹凸镜和圆柱型凹面镜组成光路； 激光折射方向的垂直位置上设置有高速相机，片光生成模块与高速相机成平行布置； 所述的折射镜与高速直线电机连接。2.根据权利要求1所述的电驱激光切片的光学发动机内三维火焰形状测量系统，其特征在于，所述的高速相机与折射镜之间放置具有透明缸套结构的光学发动机。3.根据权利要求1所述的电驱激光切片的光学发动机内三维火焰形状测量系统，其特征在于，还包括用于同步激光发射频率、直线电机运动位置及高速相机快门的信号同步器。4.根据权利要求1至3任一所述的电驱激光切片的光学发动机内三维火焰形状测量系统，其特征在于，所述的高速相机采集到的信息传送到具有后处理算法的计算机。【专利摘要】本技术涉及一种电驱激光切片的光学发动机内三维火焰本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电驱激光切片的光学发动机内三维火焰形状测量系统，其特征在于，包括高速激光器、片光生成模块、折射镜、高速直线电机、高速相机；沿激光发射方向上依次设置片高速激光器、片光生成模块和折射镜，片光生成模块由凹面镜、凹凸镜和圆柱型凹面镜组成光路；激光折射方向的垂直位置上设置有高速相机，片光生成模块与高速相机成平行布置；所述的折射镜与高速直线电机连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：凌正阳，
申请(专利权)人：上海汽车集团股份有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31
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