一种基于纹影成像的气体检测装置制造方法及图纸

本申请涉及气体流场检测技术领域，提供一种基于纹影成像的气体检测装置，包括发射端、接收端和控制器，所述发射端与所述接收端并排设置，所述控制器连接所述发射端与接收端；所述发射端包括光源发射器和空间调制器，所述接收端包括高速相机以及设置在高速相机前的波长滤波器。在实际应用过程中，所述光源发射器成产生的单色光经空间调制器调制后形成二维结构光场，照射到待测区域形成二维随机图案；二维随机图案在待测区域的管道或者墙体上形成漫反射，漫反射的光线经过波长滤波器进入高速相机，形成检测图像；所述控制器从接收端获取接收端拍摄的检测图像，并对检测图像进行分析，生成纹影成像的检测结果，判断待检测区的气体流场情况。气体流场情况。气体流场情况。

【技术实现步骤摘要】
一种基于纹影成像的气体检测装置


[0001]本申请涉及气体流场检测
，尤其涉及一种基于纹影成像的气体检测装置。

技术介绍

[0002]纹影成像是利用光在被测流场中的折射率梯度正比于流场的气流密度的原理，进行气流的边界层、燃烧、激波、气体内的冷热对流以及风洞或水洞流场的观测。在气体检测方面，由于气体流动造成折射率梯度变化而引起的光强变化，通过纹影成像可以直观的观测到气体泄漏区域和程度。
[0003]纹影成像的最基本的方法是，用一个明亮的点光源设置在待测量区域一侧，在待测区域的另一侧设置大曲率的凹面反射镜，通过明亮的点光源从待测区域的一侧向凹面反射镜照射，点光源发出的光经过待测区域的流场折射率调制后，经凹面反射镜反射回点光源附近，在摄像机镜头前聚焦形成焦点后进入摄像机。然后再焦点处设置刀片，用刀口切掉一半焦点光斑。此时，在摄像机里观察到的流场分布呈现明暗对比，称之为纹影成像。
[0004]但是这种纹影成像需要在被观测流场后放置一块巨大的凹面反射镜，而凹面反射镜本身质量较重，导致采用这种方式进行纹影成像时，成像设备不易放置以及调整，且反射镜的尺寸限制了可探测区域空间大小。如图1所示，反射镜尺寸大小有限，在使用过程中光源发射的照射光(实线)并不能被完全反射，导致能量损失。同时被观测流场区域的探测面积有限，仅有被凹面镜反射的反射光(虚线)可实现有效的气体探测，而超大尺寸的反射镜既难加工又难以放置调整。
[0005]为解决此问题，现有技术中提供一种新型背景纹影法。传统背景纹影成像采用一块带有随机斑点的背景平板取代凹面反射镜，利用高速相机观察流体折射率对背景平板上斑点位置的移动，通过计算获得流场的折射率分布。背景纹影技术不再通过强度变化来量化被测区域的光线偏移量，而一般是采用PIV(粒子图像测速)技术求取背景斑点的偏移量。背景纹影成像技术中会放置一平面背景板来进行偏移量的标定，并且不同的背景板在流场变化中产生的效果也有所不同。
[0006]但是，在当前亟需气体泄漏检测的行业，例如化工厂制药厂等横竖交错的气体管道及反应池，又或在需进行冷热气体对流检测的高温晶体炉内等，均难以实现设置大面积凹面反射镜或背景平板。

技术实现思路

[0007]本申请提供了一种基于纹影成像的气体检测装置，以解决现有技术中，在需要气体泄漏检测的行业，例如化工厂制药厂等横竖交错的气体管道及反应池，又或在需进行冷热气体对流检测的高温晶体炉内等，均难以实现设置大面积凹面反射镜或背景平板的问题。
[0008]本申请提供的一种基于纹影成像的气体检测装置，包括发射端、接收端和控制器，
所述发射端与所述接收端并排设置，所述控制器连接所述发射端与所述接收端；所述发射端包括光源发射器和空间调制器，所述光源发射器成产生的单色光经空间调制器调制后形成二维结构光场，照射到待测区域形成二维随机图案；
[0009]所述接收端包括高速相机以及设置在所述高速相机前的波长滤波器，待测区域散射的二维随机图案经过所述波长滤波器进入所述高速相机，形成检测图像；所述控制器接收所述高速相机发送的检测图像，生成纹影成像的检测结果。可选的，所述发射端还包括调节相机，所述调节相机连接所述控制器；所述控制器获取所述调节相机拍摄的二维随机图案，并根据所述二维随机图案，控制所述空间调制器。
[0010]可选的，所述波长滤波器为镀膜处理的带通滤波片。
[0011]可选的，所述高速相机内还设置有时间滤波器，所述时间滤波器连接所述控制器；
[0012]所述时间滤波器对检测图像的时间序列进行含时傅里叶变换，并将变换后的检测图像发送给所述控制器。
[0013]可选的，所述光源发射器为窄带激光光源，生成1064nm单横模的单色光源。
[0014]可选的，所述光源发射器为卤素灯、氙气灯或LED灯。
[0015]可选的，空间调制器为光栅，空间光调制器或数字微镜阵列。
[0016]可选的，所述高速相机内还设置有空间滤波器，所述空间滤波器设置在所述高速相机的成像平面与波长滤波器之间。
[0017]可选的，所述发射端还设置有出光孔，所述接收端还设置有收光孔。
[0018]可选的，所述气体检测装置还包括壳体以及设置在所述壳体底部的三脚架。
[0019]由以上技术方案可知，本申请提供的一种基于纹影成像的气体检测装置，包括发射端、接收端和控制器，所述发射端与所述接收端并排设置，所述控制器连接所述发射端与所述接收端；所述发射端包括光源发射器和空间调制器，所述光源发射器成产生的单色光经空间调制器调制后形成二维结构光场，照射到待测区域形成二维随机图案；所述接收端包括高速相机以及设置在所述高速相机前的波长滤波器，待测区域散射的二维随机图案经过所述波长滤波器进入所述高速相机，形成检测图像；所述控制器接收所述高速相机发送的检测图像，生成纹影成像的检测结果。
[0020]在实际应用过程中，采用单色光源作为照明光源，并进行调制形成二维结构光场，对待测区域的气体流场进行照明，经过待测区域的气体流场折射率调制后，在待测区域的管道或者墙体上形成漫反射，漫反射的光线经过波长滤波器进入所述高速相机，形成检测图像，所述控制器从接收端获取接收端拍摄的检测图像，并对检测图像进行分析，生成纹影成像的检测结果，判断待检测区的气体流场情况。本申请提供的一种基于纹影成像的气体检测装置，利用主动式光源空间调制提高采用纹影技术成像的灵敏度，摆脱凹面反射镜、背景屏等光学元件，使纹影气体成像设备从分立的多个原件整合为一个整体。解决现有技术中，在需要气体泄漏检测的行业，例如化工厂制药厂等横竖交错的气体管道及反应池，又或在需进行冷热气体对流检测的高温晶体炉内等，均难以实现设置大面积凹面反射镜或背景平板的问题。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本申请的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，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。
[0022]图1为现有技术中心采用凹面反射镜的纹影成像原理示意图；
[0023]图2为本申请实施例提供的一种基于纹影成像的气体检测装置使用场景示意图；
[0024]图3为本申请实施例提供的发射端结构示意图；
[0025]图4为本申请实施例提供的二维随机图案的校正前后结构示意图；
[0026]图5为本申请实施例提供的接收端结构示意图。
具体实施方式
[0027]下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
[0028]为了解决现有技术中，在需要气体泄漏检测的行业，例如化工厂制药厂等横竖交错的气体管道及反应池，又或在需进行冷热气体对流检测的高温晶体炉内等，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于纹影成像的气体检测装置，其特征在于，包括发射端、接收端和控制器，所述发射端与所述接收端并排设置，所述控制器连接所述发射端与所述接收端；所述发射端包括光源发射器和空间调制器，所述光源发射器成产生的单色光经空间调制器调制后形成二维结构光场，照射到待测区域形成二维随机图案；所述接收端包括高速相机以及设置在所述高速相机前的波长滤波器，待测区域散射的二维随机图案经过所述波长滤波器进入所述高速相机，形成检测图像；所述控制器接收所述高速相机发送的检测图像，生成纹影成像的检测结果。2.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，所述光源发射器为窄带激光光源，生成1064nm单横模的单色光源。3.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，所述光源发射器为卤素灯、氙气灯或LED灯。4.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，空间调制器为光栅，空间光调制器或数字微镜阵列。5.根据权利要求1所述的气体检测装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁建，于淑慧，
申请(专利权)人：南京南智芯光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：