一种扫描平面激光的光程补偿装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学检测技术领域，特别是涉及一种基于3DLIF的扫描平面激光的光程补偿装置及其方法。
【背景技术】
[0002]3DLIF技术，即“三维激光诱导荧光技术”，是在PLIF技术基础上，移动激光片光源扫描测量空间，同步控制片光源扫描、相机和激光器运行，采集多截面二维信息和位置信息，再通过标定、校正以及三维重建技术，获得三维浓度(温度)场。3DLIF技术不仅可以定性揭示流动的内部结构，而且与图像处理技术结合可以进行浓度场、温度场、压力场以及速度场的定量测量，已经成为解决流体力学领域重大基础科学问题的新技术和新设备，具有重要的科学意义和价值。
[0003]该测量过程为:在水槽流体中加入荧光物质，将特定波长的激光片光源从底部照射到测量区域，从而激发出荧光图像，使用高速相机从水槽侧面获取荧光图像。利用扫描平台搭载片光源去扫描测量空间，同步采集和处理多截面二维图像信息，通过三维重建就可获得三维浓度(温度)场。
[0004]以往国内外的片光源扫描解决方案都是通过圆柱透镜获得片光源，采用振镜、旋转鼓、旋转扫描器实现片光源扫描，片光源之间不平行，对测量精度和校正影响较大。
[0005]在3DLIF水体标量场测量仪器中，图像采集部分采用相机与激光片光源同步移动的方法，以避免图像采集过程中的调焦变焦带来的后续处理与校正等问题。该测量方法要求片光的光束腰保持位于水槽中部，才能保证水槽中片光的厚度小于一定值，为保证片光光束腰在水槽中的位置，则需要对扫描片光源进行光程补偿。该测量仪器所用激光片光源横向宽度较大(500mm-1000mm)，同时具有较高的扫描速度和加速度(lm/s以上，lOm/s以上)。则需要发明一种稳定的光程补偿装置和方法来实现平面激光光源的扫描。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提出一种扫描平面激光的光程补偿装置及其方法，以提高检测仪器的测量精度和校正准确性。
[0007]本发明提供的扫描平面激光的光程补偿装置包括扫描导轨平台、扫描反射机构和折返补偿机构，所述扫描反射机构和折返补偿机构均能够在所述扫描导轨平台上移动，所述折返补偿机构用于将激光片光源反射至扫描反射机构，所述扫描反射机构用于将激光片光源反射至三维标量场中。
[0008]在本发明的一些实施例中，所述扫描导轨平台上设置有定子导轨，所述定子导轨的两侧分别设置有支撑导轨，所述扫描反射机构和折返补偿机构并排地安装于定子导轨、支撑导轨上，以使扫描反射机构和折返补偿机构能够沿着定子导轨移动。
[0009]在本发明的一些实施例中，所述扫描导轨平台还包括主动滑块、从动滑块和固定平台，所述固定平台上开设有若干个通孔，用于固定扫描反射机构和折返补偿机构，所述固定平台通过主动滑块卡接于定子导轨上，通过从动滑块卡接于支撑导轨上，从而使所述主动滑块带动固定平台沿着所述定子导轨移动。可选地，用于带动扫描反射机构的主动滑块和用于带动折返补偿机构的主动滑块由两个电机分别驱动。
[0010]在本发明的一些实施例中，所述扫描反射机构包括固定板、斜向板和扫描反射棱镜，所述斜向板的一侧固定连接于固定板的中间部位，所述固定板和斜向板之间呈钝角，所述固定板的两侧开设有若干个安装孔，所述安装孔与固定平台上的通孔通过连接部件固定安装，所述斜向板在与固定板呈钝角的侧面上安装扫描反射棱镜。
[0011]在本发明的一些实施例中，所述扫描反射机构还包括扫描卡块和扫描卡簧，所述扫描卡块安装于斜向板的另一侧，用于将扫描反射棱镜卡装在斜向板上，所述扫描卡簧安装在扫描反射棱镜的两端，用于将扫描反射棱镜紧固在斜向板上;和/或
[0012]所述斜向板与固定板的连接处凸起形成凸块，所述凸起与斜向板之间向内凹陷形成卡槽，所述卡槽与凸块相互配合，用以装卡扫描反射棱镜。
[0013]在本发明的一些实施例中，所述折返补偿机构包括V字型转接底座、固定在V字型转接底座内的折返反射棱镜、固定底座和斜向底座，所述斜向底座板的一侧固定连接于固定底座的中间部位，所述固定底座和斜向底座之间呈钝角，所述固定底座的侧边开设有若干个安装孔，所述安装孔与固定平台上的通孔通过连接部件固定安装，所述斜向底座在与固定底座呈钝角的侧面上安装V字型转接底座。
[0014]在本发明的一些实施例中，所述V字型转接底座的夹角处凹陷形成卡接凹槽，所述卡接凹槽用于卡入折返反射棱镜的棱角处;和/或
[0015]所述折返补偿机构还包括折返卡块和折返卡簧，所述折返卡块安装在V字型转接底座的开口侧，用于将折返反射棱镜卡装在V字型转接底座内，所述折返卡簧安装在折返反射棱镜的两端，用于将折返反射棱镜紧固在V字型转接底座内。
[0016]在本发明的一些实施例中，还包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜用于将激光片光源反射至第二反射镜，所述第二反射镜用于将激光片光源反射至折返补偿机构。
[0017]在本发明的一些实施例中，所述激光器及光学系统位于扫描导轨平台的下方，所述扫描反射机构和折返补偿机构位于扫描导轨平台的上方，第一反射镜和第二反射镜位于扫描导轨平台的一侧，且所述第二反射镜位于第一反射镜的上方，所述扫描反射机构位于第二反射镜与折返补偿机构之间，所述扫描反射机构和折返补偿机构能够朝着或者远离第二反射镜的方向移动。
[0018]本发明还提供一种采用上述扫描平面激光的光程补偿装置进行光程补偿的方法，包括以下步骤:所述扫描反射机构和折返补偿机构一起运动，折返补偿机构的运动速度为扫描反射机构的运动速度的一半。
[0019]从上面的所述可以看出，本发明提供的扫描平面激光的光程补偿装置合理安排光路折转方式，使装置紧凑，同时便于安装扫描反射机构和折返补偿机构，扫描反射机构和折返补偿机构的排布方式以及同步运动关系使激光片光源的光腰保持在水槽中部位置，保证在水槽中的扫描区域内片光厚度小于要求。本发明能够实现激光片光源的快速稳定的等光程扫描，完成测量，从而使激光片光源平行扫描测量区域，保证了仪器的测量精度，利于后期的标定和校正以及三维重建。因此，本发明可实现3DLIF水体标量场测量仪器中的激光片光源稳定扫描和光程补偿，降低光源扫描平台的复杂度，提高扫描稳定性，同时确保激光片光源的束腰始终位于水槽的中间，可使相机获得高质量的稳定的图像，提高测量精度。该装置具有设计简洁，结构简单稳定，测量精度高等特点。
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例扫描平面激光的光程补偿装置的光路折转示意图；
[0021]图2为本发明实施例扫描平面激光的光程补偿装置的光程补偿示意图；
[0022]图3为本发明实施例扫描平面激光的光程补偿装置的扫描导轨平台的俯视图；
[0023]图4为本发明实施例扫描平面激光的光程补偿装置的扫描底座的结构示意图；
[0024]图5为本发明实施例扫描平面激光的光程补偿装置的扫描底座的侧视图；
[0025]图6为本发明实施例扫描平面激光的光程补偿装置的扫描反射机构的结构示意图；
[0026]图7为本发明实施例扫描平面激光的光程补偿装置的扫描反射机构的侧视图；
[0027]图8为本发明实施例扫描平面激光的光程补偿装置的V字型转接底座的结构示意图；
[0028]图9为本发明实施例扫描平面激光的光程补偿装置的V字型转接底座的侧视图；
[0029]图10为本发明实施例扫描平面激光的光程补偿装置的折返补偿机构的结构示意图；
[0030]图11为本发明实施例扫描平面激光的光程补偿装置的折返补偿机构的侧视图。
【具体实施方式】
[0031]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0032]需要说明的是，发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一” “第二”仅为了表述的方便，不应理解为对发明实施例的限定，后续实