断层成像激光剪切干涉三维温度测量装置及温度测量方法
【专利摘要】一种断层成像激光剪切干涉三维温度测量装置及温度测量方法，属于工业自动化仪表领域。它由HeNe激光器(1)所发出的激光束经过两个透镜（2）和（3）等光学扩束后，光线经过第一个消色差透镜（6）使之成为平行光。平行光在透过温度测试空腔（7）后被第二个消色差透镜（8）会聚，并经过在会聚焦点位置的Wollaston棱镜（9）后成为干涉图，由CCD摄像仪（10）记录干涉图像。根据测试容器的特点，利用角度旋转装置（11）选取4个以上不同角度拍摄干涉图像。然后根据代数重建算法对不同角度拍摄的干涉图像进行光学断层成像技术处理，从而获得测量容器内的三维温度场。该测温装置不仅具有无干涉流体、系统简单、成本低等特点，而且具有高精度三维测量温度场的显著优点。
【专利说明】断层成像激光剪切干涉三维温度测量装置及温度测量方法所属【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型三维温度测量技术，属于工业自动化仪表领域。
【背景技术】
[0002]空腔内液体三维温度无干涉测量技术一直是工业界最需要解决的测量手段。在流体力学尤其是对流现象的研究中，人们通常使用光学干涉的方法观察和测量流体的温度分布。通过光学干涉可以得到空腔内流场的无限宽干涉条纹，这些条纹携带了光束路径(z方向)上的折射率在某一方向(可能是X或y方向)的变化率叠加的信息，这些信息是利用代数重建算法(ART-Algebraic Reconstruction Technique)进行温度场重建所需要的投影数据，根据这些数据应用ART可以重建空腔内对流流场的三维温度分布。
[0003]折射率是介质本身的属性并和入射光的波长相关，其值等于光线入射角的正弦值
与折射角的正弦值之比:
【权利要求】
1.一种断层成像激光剪切干涉三维温度测量装置，其特征在于:包括角度旋转装置(11)和安装于角度旋转装置(11)上的光学器件；所述的光学器件依次由激光器(I)、光学扩束装置、第一消色差透镜(6)、测试空腔(7)、第二消色差透镜(8)、Wollaston棱镜(9)和CXD摄像仪(10)组成；所述的光学扩束装置依次由第一透镜(2)第一孔径光阑(4)、第二透镜(3)、入/4波片(15)、第二孔径光阑(5)组成。
2.利用权利要求1所述断层成像激光剪切干涉三维温度测量装置的温度测量方法，其特征在于包括以下过程: 一、预处理工作:1-1、所述的断层成像激光剪切干涉三维温度测量装置在光线经过测量容器后所会聚的焦点位置上安装有Wollaston棱镜(9);调整光路中各元件的位置，确保在未加测试空腔(7)时，CXD摄像仪(10)可以拍摄到以有限宽方式显示的预加干涉条纹； 1-2、选取4个以上的角度对容器进行拍摄并获得清晰的干涉图，其中至少有2个角度所在的方向相互垂直； 1-3、对所获得清晰的干涉图做二值化处理，把图像转化成只含有黑白两种颜色的二值图像；用Matlab读各个角度的二值图像，得到每个像素的颜色值，此时各个角度干涉图的有效像素的数量处理为48X291,每幅二值图像的颜色值分别存入一个颜色值数组； 1-4、按从下到上从左到右的顺序处理数据原则，计算每幅二值图像的每个像素点的像素条纹级数值，其中设每一列最下面的像素点的像素条纹级数值为0，同一列中若当前像素点的像素颜色与前一像素点的像素颜色产生黑到白或白到黑的变化则当前像素点的像素条纹级数值等于前一像素点的像素条纹级数值+1 ;若当前像素点的像素颜色与前一像素点的像素颜色未产生变化则当前像素点的像素条纹级数值等于前一像素点的像素条纹级数值，每幅图像的像素条纹级数值分别存入一个条纹级数值数组； 1-5、对每幅二值图像所得的条纹级数值数组进行插值化处理，得到条纹级插值化数值数组；插值化处理的具体方法为:按从下到上的顺序处理数据原则，从每一列的第一个像素开始，寻找与其像素条纹级数值相差为I的像素；然后计算这两个像素之间间隔的像素数k，并计算得到Ak=l/(k+l);对于两个像素之间的间隔像素，用Ak依次乘以间隔像素序号并加到其像素条纹级数值上，其中间隔像素序号从I开始计数；然后从这一列的下一个像素继续开始上述步骤，直到该列的第48个像素；所有的列都计算完毕后，得到条纹级插值化数值数组； 1-6、将重建区域划分为一个nXn的正方形网格，也称为像素，N = nXn为像素总数；在每个像素内f(x，y)是常量，fj代表第j个像素内的常数值；光束被定义为有一固定宽度的直线，把光束一一编号，编号用P的下标i表示是第i个光束通过第j个像素的面积占整个第j个像素面积的比例，称做权重因子； 1-7、用每条光线经过的所有像素各自的权重因子Wji和fj的乘积表示每个像素对每条经过其本身的光线的贡献，一条光线经过的所有像素的这些值的和称作一个投影，这样，每个像素的函数值fj和每条光线的投影值Pi的关系可以用下式表示:
【文档编号】G01K11/28GK103776559SQ201410015070
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月13日 优先权日:2014年1月13日
【发明者】黄护林, 周小明, 曹鑫暐, 张喜东 申请人:南京航空航天大学