[发明专利]一种光纤束流场重建方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种光纤束流场重建方法。

背景技术

发射光谱层析技术是一种流场重建技术，其光路较简单，不易受外界环境的影响，其数据获取方式有两种：一种是基于扫描的方式，一种是基于面阵传感器的方式。基于扫描的方式需要花费时间进行扫描，无法保证数据获取的实时性；基于面阵传感器的方式可以保证数据获取的实时性，但其光路中一般是利用镜头成像，通常采用同一圆周面多个平分视角,且面阵传感器到圆心的距离均相等, 进行数据采集, 视角为经典的光谱层析划分, 虽然在层析重建算法实现时较容易, 但在实际应用时, 如遇环境因素的限制, 均分视角,等距及共圆周面的要求无法满足, 此方法也就无法适用。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种光纤束流场重建方法，该方法在需要采集数据的空间若干方向上安装多个空芯红外光纤束,以收集待测流场沿空间多个方向的平行辐射强度数据, 多个空芯红外光纤束与红外焦平面阵列传感器连接，满足平行束流场重建反演的要求，从而提高流场重建运算的精度，并且该方法对光纤束的视角、离目标的距离均无约束,可消除测试环境的限制,大大提高发射光谱层析测试的实用性。

本发明是这样来实现的，方法为：待测流场对外各方向都存在红外辐射，在需要采集数据的空间若干方向上安装多个空芯红外光纤束, 以收集待测流场沿空间多个方向的辐射强度数据,由于组成光纤束的各根光纤入射孔径的匹配要求,因此只有近平行辐射线才能耦合进光纤，若干个光纤束与一个红外焦平面阵列传感器连接, 在对接时,每个光纤束对应红外焦平面阵列中的一部分, 而在每个光纤束中只有正方形区域是有效数据区, 正方形与圆形包层之间为无效数据区，主计算机通过控制及数据采集卡发送同步曝光控制信号至各红外焦平面阵列传感器驱动电路，进行待测流场某一瞬间多方向辐射信号的同步采集，信号采集结束后, 主计算机通过控制及数据采集卡发送信号输出指令至各红外焦平面阵列传感器驱动电路，以获得多路采集的红外图像输出，主计算机进行红外图像处理, 首先提取有效数据区域的信号, 并与光纤束的序号对应, 随后对各光纤束中每根光纤的对应的射线方位进行球面坐标至笛卡尔坐标的变换, 并进行各方向探测数据的重排, 经发射光谱层析反演重建算法, 得到待测流场某一瞬间的三维物理量分布。

本发明的技术效果是：光纤束的视角、离目标的距离均无约束,可消除测试环境的限制,大大提高发射光谱层析测试的实用性。

附图说明

图1、图2为本发明的原理图。

在图中，1、待测流场 2、空芯红外传光光纤 3、光纤束 4、红外焦平面阵列传感器 5、驱动电路 6、套筒 7、控制信号 8、红外图像输出 9、控制及数据采集卡 10、主计算机  11、球面坐标系。

具体实施方式

本发明的原理如图1所示，待测流场1对外空间各方向都存在红外辐射，在各方向关键位置安装空芯红外传光光纤2, 空芯红外传光光纤按位置及方向进行分组，每组按顺序排列, 形成均匀分布的正方形截面, 加入支撑材料及包层,组成截面形状为圆形的光纤束3. 可用球面坐标系11进行各光纤束的每根空芯红外传光光纤的几何描述, 每个光纤束的入射端面中心的坐标参数为(Z, j, f), 每个光纤束的入射端面中心的坐标均无约束, 因此消除了实测环境的限制. 光纤束3与红外焦平面阵列传感器4直接连接,一个红外焦平面阵列传感器4可与多个光纤束(Z₁, j₁, f₁)、(Z₂, j₂, f₂)、…、(Z_n, j_n, f_n)对接, 如图2所示, 在对接时,每个光纤束对应红外焦平面阵列中的一部分, 而在每个光纤束中只有正方形区域是有效数据区, 正方形与圆形包层之间为无效数据区. 红外焦平面阵列传感器驱动电路5可提供驱动时序、控制及辐射光强至红外数字图像的转换. 红外焦平面阵列传感器4及驱动电路5安装在套筒6内, 以消除外界杂散光的影响。流场测试开始时, 主计算机10通过控制及数据采集卡9发送同步曝光控制信号7至各红外焦平面阵列传感器驱动电路5, 进行待测流场某一瞬间多方向辐射信号的同步采集. 信号采集结束后, 主计算机10通过控制及数据采集卡9发送信号输出指令至各红外焦平面阵列传感器驱动电路5, 以获得多路采集的红外图像输出8. 通过控制及数据采集卡9获得红外图像后, 主计算机10进行红外图像处理, 首先根据光纤束有效数据区及无效数据区在红外图像上的特征区别，选择一个合适的图像阈值，进行简单的图像分割，以提取有效数据区的信号, 并与光纤束的序号对应, 随后对各光纤束中每根光纤对应的射线方位进行球面坐标至笛卡尔坐标的变换, 并进行各方向探测数据的重排, 经发射光谱层析反演重建算法, 得到待测流场某一瞬间的三维物理量分布。