[发明专利]一种基于光学差异性的多射流作用流场显示装置与方法

权利要求书

1.一种基于光学差异性的多射流作用流场显示装置，其特征在于，所述的多射流作用流场显示装置包括待测量床体、红外热成像系统、X光成像系统、全光场成像系统和数据处理系统；

所述待测量床体由依次相连通的主流入口、加料段、锥段、整流器、流通段和旋风分离器组成，所述加料段的上方设置有加料器，所述流通段的两侧分别设置有射流管A和射流管B；

所述红外热成像系统包括极性粒子、加热部分和红外成像部分组成，所述红外热成像系统的加热部分放置在待测量床体流通段射流管A或射流管B所在侧，红外热成像系统的成像部分放置在待测量床体流通段的上侧；

所述X光成像系统包括造影粒子、发光部分和接收部分，所述发光部分和接收部分分别放置在待测量床体流通段的两侧；

所述全光场成像系统包括固相颗粒、光源部分和光学成像部分，所述光源部分放置在待测量床体流通段射流管一侧，成像部分放置在待测量床体流通段的上侧；

所述数据处理系统分别与红外热成像系统、X光成像系统和全光场成像系统的成像部分相连，所述数据处理系统通过图像处理获得不同时刻和不同操作参数下极性粒子、造影粒子和固相颗粒的空间分布。

2.根据权利要求1所述的基于光学差异性的多射流作用流场显示装置，其特征在于，所述的红外热成像系统的加热部分包括依次相连的微波发射器、波导管和磁控管，所述红外成像部分包括相互连接的红外广角镜头和红外热成像仪组成，其中，所述极性粒子通过射流管A射入流通段，微波发射器的发射端制成狭缝状，放置在射流管A或射流管B所在的流通段的侧面，方向为与流通段垂直，可沿流通段平移；红外广角镜头放置在流通段的上侧，镜头端垂直对准流通段；所述磁控管和红外热成像仪分别与数据处理系统相连。

3.根据权利要求1所述的基于光学差异性的多射流作用流场显示装置，其特征在于，所述的X光成像系统的发光部分包括X线管和准直器，所述X光成像系统的接收部分为X光检测器，其中，造影粒子通过射流管B进入流通段；所述发光部分设置于射流管A或射流管B所在的流通段的侧面，自X线管发出的X射线经过准直器后变成平行X线束，穿透流通段测量区域；X光检测器设置在发光部分的对侧，接受来自流通段衰减后的X射线。

4.根据权利要求1所述的基于光学差异性的多射流作用流场显示装置，其特征在于，所述的全光场成像系统的光源部分包括照明灯和片状激光源，所述全光场成像系统的光学成像部分为一光场相机，其中，荧光粒子通过加料器与来自主流入口的主气流混合，然后依次经过锥段和整流器，进入流通段；照明灯为2个，分别设置在流通段上侧的边缘处，光线射向中部；片状激光源设置在与放置微波发射器的同一个平面上，源头对准流通段；所述光场相机设置在流通段的上侧，镜头正对着流通段。

5.根据权利要求1所述的基于光学差异性的多射流作用流场显示装置，其特征在于，所述的数据处理系统包括计算机，其中，所述计算机分别与红外热成像仪、X光检测器和光场相机相连，所述计算机根据自动获得的红外热图像、X光片和可见光图像，通过图像处理，获得不同时刻和不同操作参数下极性粒子、造影粒子和固相颗粒的空间分布。

6.根据权利要求1所述的基于光学差异性的多射流作用流场显示装置，其特征在于，所述流通段的上侧和两侧面由蓝宝石透红外玻璃制成，下侧面由有机玻璃制成。

7.根据权利要求1所述的基于光学差异性的多射流作用流场显示装置，其特征在于，所述极性粒子由碳化硅粉末制备而成，粒径范围在1~10μm之间。

8.根据权利要求1所述的基于光学差异性的多射流作用流场显示装置，其特征在于，所述造影粒子由硫酸钡粉末制备而成，粒径范围在1~10μm之间。

9.根据权利要求1所述的基于光学差异性的多射流作用流场显示装置，其特征在于，所述固相颗粒为荧光粒子，所述荧光粒子通过荧光粉负载在活性炭颗粒上制备而成，粒径为50~500μm。

10.一种利用权利要求1~9中任意一项所述的基于光学差异性的多射流作用流场显示装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将射流空气与极性粒子充分混合后通过射流管A引入流通段，射流空气与造影粒子充分混合后通过射流管B引入流通段，荧光粒子通过加料器与主流空气混合后进入流通段；

（2）开启磁控管使微波发射器发射微波，形成片状微波源，并穿透流通段的一个切面，定向加热截面上的极性粒子，示踪颗粒发射出红外光线向外辐射；

（3）开启X线管、准直器和检测器，形成平行X线束，穿透流通段测量区域，与微波穿过的切面重合，X射线经过造影粒子后衰减，放置在流通段另一端的X光检测器接收衰减后的X射流；

（4）开启照明灯、片状激光源和光场相机，荧光粒子在片状激光源照射下发射出荧光，光场相机记录下整个流场中荧光粒子的位置；

（5）实时在线同时读取红外热成像仪的热图像，X光检测器的X光片，光场相机的可见光图像，通过图像分析，分别获取某一切片中的极性粒子和造影粒子在每一时刻的分布，通过自动调焦和数字减影，获取同一切片中荧光粒子在每一时刻的分布，通过相关性分析，获取每种粒子的速度分布；

（6）改变切片位置，重复以上过程，获取不同切片中极性粒子、造影粒子和荧光粒子在每一时刻的流场分布。