[发明专利]信噪比增强的NPLS流动显示系统及其成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及流动显示技术领域，具体而言，涉及一种信噪比增强的NPLS流动显示系统及其成像方法。

背景技术

平面激光流动显示方法是使示踪物跟随流体一起运动，通过检测示踪物的光散射或激发特性获取流场的多种参数，如密度、温度、压力等。现有的利用示踪粒子的光散射特性进行检测的方法主要有：平面激光Mie(人名)散射、滤波瑞利散射等。平面激光Mie散射信噪比高，但是其示踪粒子为微米或亚微米量级，在测量超声速流场，尤其是流动局部加速度很大的带有激波和漩涡的超声速流场时，示踪粒子往往无法跟随流动的大梯度变化；滤波瑞利散射的示踪粒子为纳米量级，跟随性好，但是其散射光信号弱、信噪比低。

中国文献《基于纳米粒子的超声速流动成像》(《中国科学》E辑：技术科学，2009年第39卷第12期：第1911页～第1918页)中提到的基于纳米示踪的平面激光散射技术(简称NPLS：Nano-tracer Plannar Laser Scattering)即采用纳米粒子作为示踪粒子。该系统包括计算机系统、CCD(charge coupled device，电荷耦合器件)相机、风洞实验段、脉冲激光光源、同步控制器、纳米粒子发生器。

NPLS系统工作时，纳米粒子发生器向风洞实验段流场中均匀投放纳米粒子；待观察区段内建立所需流场之后，同步控制器控制脉冲激光光源发射激光的时序与CCD相机同步，保证纳米粒子受到激光照射后发生散射时，CCD相机处于拍摄状态，以便记录下图像。NPLS系统主要通过CCD相机捕捉纳米粒子的散射光的强度信号成像。然而，利用该NPLS系统及方法散射光强空间分布不可调，无法使散射光强最大的方向对准CCD相机，拍摄的流动显示图像信噪比低，难以辨认流场精细结构，因而不便于分析。

发明内容

本发明旨在提供一种信噪比增强的NPLS流动显示系统及其成像方法，以解决现有NPLS试验系统成像图像信噪比低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种信噪比增强的NPLS流动显示系统，包括激光器，激光器安装有与入射激光波长相应的1/2波片，1/2波片可绕1/2波片的轴向转动调节。

进一步地，激光器包括导光臂，导光臂任意位置处设置套筒，1/2波片安装于套筒内。

进一步地，导光臂包括相连的第一导光臂和第二导光臂，套筒容于第一导光臂内并与第二导光臂相接。

进一步地，第一导光臂内壁沿周向设置面向第二导光臂的一侧开放的第一凹槽；第二导光臂的外壁沿周向设置面向第一导光臂的一侧开放的第二凹槽；第一凹槽可转动套设于第二凹槽外，套筒的相对两端分别顶接于第一凹槽的侧壁和第二导光臂的一端。

进一步地，套筒包括：第一套筒和收容于第一套筒内的第二套筒；第一套筒内壁设置一侧开放的凹槽，第二套筒收容于凹槽内，1/2波片的两相对侧分别顶接于第二套筒的一端和凹槽内侧的凸台上。

进一步地，凹槽和第二套筒的外壁设置相互配合的螺纹，第二套筒通过螺纹与第一套筒相连。

进一步地，第一套筒的侧壁设有通槽，通槽周向的两侧设有两个螺孔，套筒的侧壁遮挡通槽和螺孔；第一导光臂还包括分别穿过螺孔的两固定螺钉，固定螺钉的一端顶接于套筒的侧壁。

进一步地，系统还包括计算机系统、CCD相机、风洞实验段、同步控制器和纳米粒子发生器；纳米粒子发生器产生的纳米级粒子为TiO₂；激光器出射端还设置有片光器。

本发明的另一方面还提供了一种信噪比增强的NPLS流动显示系统成像方法，该方法包括以下步骤：

开启纳米示踪粒子发生器向风洞实验段投放纳米示踪粒子；

同步控制器发出控制信号打开激光器照亮风洞实验段流场；

CCD相机收到同步控制器发出的控制信号后拍摄曝光，获得图像，并判断所获得图像信噪比；

如果所获得图像不能清晰辨认风洞实验段中流场精细结构，则调节1/2波片的位置，使得激光透过所述1/2波片照射风洞实验段后再次在CCD相机上成像，并判断图像信噪比；

直到所获得图像能清晰辨认风洞实验段中流场精细结构，则固定1/2波片位置，并将CCD相机所获得图像传输至计算机系统储存。

本发明的技术效果在于：

本发明利用激光瑞利散射原理提供了一种信噪比增强的NPLS流动显示系统，使得纳米示踪粒子的散射光强空间分布可调，当调节至散射光强最大的方向对准CCD相机时，所获得的流场NPLS图像信噪比最高，结果如图7所示。