本申请涉及一种基于数字同轴全息成像的三维雾滴测量装置及方法，包括本体，本体上设有双光路全息成像单元及粒子抽吸单元；双光路全息成像单元用于在采样区域生成斜交同轴双光路，并对雾滴全息图进行捕获；粒子抽吸单元置于双光路全息成像单元之间，用于更新采样区域中的含雾粒子流量。本发明专利技术基于数字全息技术对雾滴粒子进行测量，可以同步获取雾滴粒子的空间位置、尺寸、浓度、形状和谱分布等特征参数；其中，粒子抽吸单元可以增加雾滴采样效率，获取更高时间分辨率的雾滴结构演变观测资料；并通过搭建斜交同轴双光路，较大幅度增加了仪器的有效采样体积大小，适合进行结构化仪器设计。计。计。
【技术实现步骤摘要】
基于数字同轴全息成像的三维雾滴测量装置及方法
[0001]本申请涉及云雾微物理观测
，特别是涉及一种基于数字同轴全息成像的三维雾滴测量装置及方法。
技术介绍
[0002]雾是由悬浮在近地面层空气中微小水滴或冰晶组成的一种天气现象，对交通安全、电力供应和农业生产等有严重的影响。提高对雾害的科学认识，增强防御雾害的能力，前提是科学认识雾的形成原因，准确获取雾的宏微观特征。
[0003]根据测量原理，常见的雾滴测量仪器有碰撞取样式和光学散射式等类型。机械式三用滴谱仪是典型的碰撞取样式仪器，该方式操作繁琐、易产生人工误差、时空分辨率小。光学散射式测量仪器，比如，美国DMT公司生产的FM
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100型雾滴谱仪，是目前主要的雾滴观测仪器，具有一体化设计、自动记录等诸多优点。然而，光学散射式测量仪器需要对粒子的形状进行假设，无法获取粒子的空间位置信息，从而无法用于雾滴碰并、雾滴蒸发等物理过程的观测研究。
[0004]全息术是一种真正意义上的三维照相技术，可以获取粒子的空间位置、大小、形状和浓度等信息，已在煤粉燃烧、发动机喷雾等领域得到应用。公开号为CN108761573 A的专利技术专利提出了一种基于光学全息术的双光路光学雨量计，但是该雨量计采用的是上下两层平行光路的设计，无法用于云雾滴粒子信息获取。相比于光学全息，数字全息是近年来新兴的光学成像技术，它利用计算机大大简化了全息图的处理过程，在粒子场测量领域应用前景广阔。公开号为CN114942206 A和公开号为CN113484201 A的专利技术专利均提出了一种基于数字全息的云雾场测量装置，均使用单光路测量云雾粒子，采样体积有限，被取样含雾气流需要借助风力更新，装置缺少必要的防护机构，使用场景受限。
[0005]总的来看，数字全息技术是实现三维雾滴准确测量的有力工具，可以获取更多的粒子信息。如何增加雾滴采样空间体积、提高雾滴测量精度以及尽可能的设计适用于结构化仪器的数字全息光路，是工程技术人员急需解决的现实问题。
技术实现思路
[0006]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够适用于雾滴粒子测量，提高采样效率的基于数字同轴全息成像的三维雾滴测量装置及方法。
[0007]一种基于数字同轴全息成像的三维雾滴测量装置，所述装置包括:本体；双光路全息成像单元，设在所述本体上，用于在采样区域生成斜交同轴双光路，并对雾滴全息图进行捕获；粒子抽吸单元，设在所述本体上并位于所述双光路全息成像单元之间，用于更新采样区域中的含雾粒子流量；控制单元，设在所述双光路全息成像单元中，用于监控所述双光路全息成像单元
温度和本体内部湿度，以及对所述双光路全息成像单元进行加热；数据采集部件，设在所述本体上，分别与所述双光路全息成像单元、供电稳压单元及数据处理单元电连接，并在接收所述双光路全息成像单元的触发信号后，对雾滴全息图进行采集；数据处理单元，与所述数据采集部件电连接，用于发送工作指令，对雾滴全息图进行采集、存储及分析；供电稳压单元，设在所述本体上，并分别与所述双光路全息成像单元、数据采集部件电连接，用于稳定输出电能；所述粒子抽吸单元包括依次电连接的气泵、流量计与风扇；所述气泵与所述流量计均置于所述本体的腔体中，其中，所述气泵用于控制采样区域粒子更新速率，所述流量计用于监控所述气泵抽气时含雾滴气流的流量；所述风扇设在所述本体的顶板上且正对采样区域，用于增加采样区域的抽气面积。
[0008]其中一个实施例中，所述双光路全息成像单元包括：激光器；光束调整组件，设在所述激光器的发射管路上，以对所述激光器发射的激光光束进行调整，在采样区域生成斜交同轴双光路；两个远心镜头，其下分别设置有CCD相机，两所述远心镜头分别位于所述斜交同轴双光路的两条光路上，用于捕获干涉图样，并通过CCD相机获得雾滴全息图；同步器，与两所述CCD相机电连接，以进行同步控制。
[0009]其中一个实施例中，所述光束调整组件包括：设在所述激光器发射管路上的反射镜、分束镜及转动棱镜，以对所述激光器发射的激光光束进行分路、方向或角度的调整。
[0010]其中一个实施例中，所述光束调整组件还包括设在所述激光器发射管路上的空间滤波器、扩束镜及准直镜；所述空间滤波器、所述扩束镜及所述准直镜同轴间隔设置，其中，所述空间滤波器用于消除噪音和干扰，所述扩束镜用于对所述激光光束进行扩展，所述准直镜用于稳定所述激光光束方向。
[0011]其中一个实施例中，所述控制单元包括湿度探头、温度控制组件及总体监控组件；所述温度控制组件包括热电偶及主动控制加热器。
[0012]一种基于数字同轴全息成像的三维雾滴测量方法，根据基于数字同轴全息成像的三维雾滴测量装置来实现，所述方法包括：计算机组件发出指令，激光器发出激光光束；所述粒子抽吸单元控制抽气速率，实时更新采样区域的含雾滴气流的流量；所述激光光束经过光束调整组件，形成两路光束，并在采样区域交叉形成斜交同轴双光路；所述斜交同轴双光路通过所述光束调整组件分别射入远心镜头，并通过对应的CCD相机捕获，获得雾滴全息图；所述数据采集与处理单元接收所述雾滴全息图，并对所述雾滴全息图进行后处理，得到三维雾滴粒子特征。
[0013]其中一个实施例中，所述数据采集与处理单元接收所述雾滴全息图，并对所述雾滴全息图进行后处理，得到三维雾滴粒子特征，包括：接收所述CDD相机记录的同一时刻雾滴全息图，对所述雾滴全息图进行滤波去噪，并利用角谱法对所述雾滴全息图重建，得到不同距离上的粒子重建图像；利用灰度梯度联合判焦方法，对粒子进行判焦，根据聚焦重建图二值化结果中雾滴粒子所占据的像素点数量，确定粒子的大小、形状信息；采用图像融合法，准确重构双光路相交区域的粒子三维图像。
[0014]其中一个实施例中，所述图像融合法主要利用如下坐标转换公式：；其中，、、为垂直于测量双臂的坐标系，、和为其中一条光路所在坐标系，为两坐标系之间的夹角，、和为与夹角有关的坐标平移系数。
[0015]上述基于数字同轴全息成像的三维雾滴测量装置及方法，其装置包括本体，本体上设有双光路全息成像单元及粒子抽吸单元；双光路全息成像单元用于在采样区域生成斜交同轴双光路，并对雾滴全息图进行捕获；粒子抽吸单元置于双光路全息成像单元之间，用于更新采样区域中的含雾粒子流量。本专利技术基于数字全息技术对雾滴粒子进行测量，可以同步获取雾滴粒子的空间位置、尺寸、浓度、形状和谱分布等特征参数；其中，粒子抽吸单元可以增加雾滴采样效率，获取更高时间分辨率的雾滴结构演变观测资料；并通过搭建斜交同轴双光路，较大幅度增加了仪器的有效采样体积大小，并且适合进行结构化仪器设计；方法采用双视角粒子全息图像融合重建，提高了三维雾滴的测量精度。
附图说明
[0016]图1为一个实施例中基于数字同轴全息成像的三维雾滴测量装置结构示意图；图2为一个实施例中基于数字同轴全息成像的三维雾滴测量方法流程示意图；图3为一个实施例中坐标系示意图；附图标号：底板11，外壳12，测量右臂13，测量左臂14，第一通光孔151本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于数字同轴全息成像的三维雾滴测量装置，其特征在于，所述装置包括:本体；双光路全息成像单元，设在所述本体上，用于在采样区域生成斜交同轴双光路，并对雾滴全息图进行捕获；粒子抽吸单元，设在所述本体上并位于所述双光路全息成像单元之间，用于更新采样区域中的含雾粒子流量；控制单元，设在所述双光路全息成像单元中，用于监控所述双光路全息成像单元温度和本体内部湿度，以及对所述双光路全息成像单元进行加热；数据采集部件，设在所述本体上，分别与所述双光路全息成像单元、供电稳压单元及数据处理单元电连接，并在接收所述双光路全息成像单元的触发信号后，对雾滴全息图进行采集；数据处理单元，与所述数据采集部件电连接，用于发送工作指令，对雾滴全息图进行采集、存储及分析；供电稳压单元，设在所述本体上，并分别与所述双光路全息成像单元、数据采集部件电连接，用于稳定输出电能；所述粒子抽吸单元包括依次电连接的气泵、流量计与风扇；所述气泵与所述流量计均置于所述本体的腔体中，其中，所述气泵用于控制采样区域粒子更新速率，所述流量计用于监控所述气泵抽气时含雾滴气流的流量；所述风扇设在所述本体的顶板上且正对采样区域，用于增加采样区域的抽气面积。2.根据权利要求1所述的基于数字同轴全息成像的三维雾滴测量装置，其特征在于，所述双光路全息成像单元包括：激光器；光束调整组件，设在所述激光器的发射管路上，以对所述激光器发射的激光光束进行调整，在采样区域生成斜交同轴双光路；两个远心镜头，其下分别设置有CCD相机，两所述远心镜头分别位于所述斜交同轴双光路的两条光路上，用于捕获干涉图样，并通过CCD相机获得雾滴全息图；同步器，与两所述CCD相机电连接，以进行同步控制。3.根据权利要求2所述的基于数字同轴全息成像的三维雾滴测量装置，其特征在于，所述光束调整组件包括：设在所述激光器发射管路上的反射镜、分束镜及转动棱镜，以对所述激光器发射的激光光束进行分路、方向或角度的调整。4.根据权利要求3所述的基于数字同轴全息成像的三维雾滴...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾庆伟，刘磊，蔡乐乐，校亚楠，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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