斷層成像激光剪切干涉三維溫度測量裝置及溫度測量方法
【專利摘要】一種斷層成像激光剪切干涉三維溫度測量裝置及溫度測量方法，屬于工業(yè)自動化儀表領(lǐng)域。它由HeNe激光器(1)所發(fā)出的激光束經(jīng)過兩個透鏡（2）和（3）等光學(xué)擴(kuò)束后，光線經(jīng)過第一個消色差透鏡（6）使之成為平行光。平行光在透過溫度測試空腔（7）后被第二個消色差透鏡（8）會聚，并經(jīng)過在會聚焦點位置的Wollaston棱鏡（9）后成為干涉圖，由CCD攝像儀（10）記錄干涉圖像。根據(jù)測試容器的特點，利用角度旋轉(zhuǎn)裝置（11）選取4個以上不同角度拍攝干涉圖像。然后根據(jù)代數(shù)重建算法對不同角度拍攝的干涉圖像進(jìn)行光學(xué)斷層成像技術(shù)處理，從而獲得測量容器內(nèi)的三維溫度場。該測溫裝置不僅具有無干涉流體、系統(tǒng)簡單、成本低等特點，而且具有高精度三維測量溫度場的顯著優(yōu)點。
【專利說明】斷層成像激光剪切干涉三維溫度測量裝置及溫度測量方法所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型三維溫度測量技術(shù)，屬于工業(yè)自動化儀表領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]空腔內(nèi)液體三維溫度無干涉測量技術(shù)一直是工業(yè)界最需要解決的測量手段。在流體力學(xué)尤其是對流現(xiàn)象的研究中，人們通常使用光學(xué)干涉的方法觀察和測量流體的溫度分布。通過光學(xué)干涉可以得到空腔內(nèi)流場的無限寬干涉條紋，這些條紋攜帶了光束路徑(z方向)上的折射率在某一方向(可能是X或y方向)的變化率疊加的信息，這些信息是利用代數(shù)重建算法(ART-Algebraic Reconstruction Technique)進(jìn)行溫度場重建所需要的投影數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)應(yīng)用ART可以重建空腔內(nèi)對流流場的三維溫度分布。
[0003]折射率是介質(zhì)本身的屬性并和入射光的波長相關(guān)，其值等于光線入射角的正弦值

與折射角的正弦值之比:
【權(quán)利要求】
1.一種斷層成像激光剪切干涉三維溫度測量裝置，其特征在于:包括角度旋轉(zhuǎn)裝置(11)和安裝于角度旋轉(zhuǎn)裝置(11)上的光學(xué)器件；所述的光學(xué)器件依次由激光器(I)、光學(xué)擴(kuò)束裝置、第一消色差透鏡(6)、測試空腔(7)、第二消色差透鏡(8)、Wollaston棱鏡(9)和CXD攝像儀(10)組成；所述的光學(xué)擴(kuò)束裝置依次由第一透鏡(2)第一孔徑光闌(4)、第二透鏡(3)、入/4波片(15)、第二孔徑光闌(5)組成。
2.利用權(quán)利要求1所述斷層成像激光剪切干涉三維溫度測量裝置的溫度測量方法，其特征在于包括以下過程: 一、預(yù)處理工作:1-1、所述的斷層成像激光剪切干涉三維溫度測量裝置在光線經(jīng)過測量容器后所會聚的焦點位置上安裝有Wollaston棱鏡(9);調(diào)整光路中各元件的位置，確保在未加測試空腔(7)時，CXD攝像儀(10)可以拍攝到以有限寬方式顯示的預(yù)加干涉條紋； 1-2、選取4個以上的角度對容器進(jìn)行拍攝并獲得清晰的干涉圖，其中至少有2個角度所在的方向相互垂直； 1-3、對所獲得清晰的干涉圖做二值化處理，把圖像轉(zhuǎn)化成只含有黑白兩種顏色的二值圖像；用Matlab讀各個角度的二值圖像，得到每個像素的顏色值，此時各個角度干涉圖的有效像素的數(shù)量處理為48X291,每幅二值圖像的顏色值分別存入一個顏色值數(shù)組； 1-4、按從下到上從左到右的順序處理數(shù)據(jù)原則，計算每幅二值圖像的每個像素點的像素條紋級數(shù)值，其中設(shè)每一列最下面的像素點的像素條紋級數(shù)值為0，同一列中若當(dāng)前像素點的像素顏色與前一像素點的像素顏色產(chǎn)生黑到白或白到黑的變化則當(dāng)前像素點的像素條紋級數(shù)值等于前一像素點的像素條紋級數(shù)值+1 ;若當(dāng)前像素點的像素顏色與前一像素點的像素顏色未產(chǎn)生變化則當(dāng)前像素點的像素條紋級數(shù)值等于前一像素點的像素條紋級數(shù)值，每幅圖像的像素條紋級數(shù)值分別存入一個條紋級數(shù)值數(shù)組； 1-5、對每幅二值圖像所得的條紋級數(shù)值數(shù)組進(jìn)行插值化處理，得到條紋級插值化數(shù)值數(shù)組；插值化處理的具體方法為:按從下到上的順序處理數(shù)據(jù)原則，從每一列的第一個像素開始，尋找與其像素條紋級數(shù)值相差為I的像素；然后計算這兩個像素之間間隔的像素數(shù)k，并計算得到Ak=l/(k+l);對于兩個像素之間的間隔像素，用Ak依次乘以間隔像素序號并加到其像素條紋級數(shù)值上，其中間隔像素序號從I開始計數(shù)；然后從這一列的下一個像素繼續(xù)開始上述步驟，直到該列的第48個像素；所有的列都計算完畢后，得到條紋級插值化數(shù)值數(shù)組； 1-6、將重建區(qū)域劃分為一個nXn的正方形網(wǎng)格，也稱為像素，N = nXn為像素總數(shù)；在每個像素內(nèi)f(x，y)是常量，fj代表第j個像素內(nèi)的常數(shù)值；光束被定義為有一固定寬度的直線，把光束一一編號，編號用P的下標(biāo)i表示是第i個光束通過第j個像素的面積占整個第j個像素面積的比例，稱做權(quán)重因子； 1-7、用每條光線經(jīng)過的所有像素各自的權(quán)重因子Wji和fj的乘積表示每個像素對每條經(jīng)過其本身的光線的貢獻(xiàn)，一條光線經(jīng)過的所有像素的這些值的和稱作一個投影，這樣，每個像素的函數(shù)值fj和每條光線的投影值Pi的關(guān)系可以用下式表示:

【文檔編號】G01K11/28GK103776559SQ201410015070
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月13日
【發(fā)明者】黃護(hù)林, 周小明, 曹鑫暐, 張喜東 申請人:南京航空航天大學(xué)