本發(fā)明屬于基于陰影法成像的可視化測量領(lǐng)域，具體涉及一種用于多噴孔噴霧測量的陰影成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

柴油機(jī)噴霧特性對柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性與排放有著重要的影響，因此柴油機(jī)噴霧的研究是柴油機(jī)燃燒研究中的一個十分活躍的領(lǐng)域。作為傳統(tǒng)的噴霧貫穿距和噴霧錐角等的光學(xué)測試方法，現(xiàn)有的陰影測試系統(tǒng)有反射式和透射式兩種常用光路布置。在透射式光路系統(tǒng)中，光源、透鏡、燃燒腔、高速攝影相機(jī)在同一直線上，從光源發(fā)出的光線經(jīng)準(zhǔn)直透鏡后變?yōu)槠叫泄饩€，穿過被測流場，再經(jīng)聚焦透鏡后進(jìn)入高速攝影相機(jī)。在反射式光路系統(tǒng)中，光源、平面鏡、準(zhǔn)直反射鏡、燃燒腔、聚焦反射鏡、平面鏡、高速攝影相機(jī)呈z字型布置，光源發(fā)射出的光線被平面鏡反射到準(zhǔn)直反射鏡，經(jīng)準(zhǔn)直反射鏡后變?yōu)槠叫泄饩€，穿過被測流場后傳播至聚焦反射鏡匯聚，匯聚后的光線經(jīng)平面鏡反射進(jìn)入高速攝影相機(jī)。紋影法同樣作為傳統(tǒng)的噴霧光學(xué)測試方法，和陰影法在光路布置上區(qū)別不大，只有在光源后添加了狹縫，用來使之成為點(diǎn)光源，并且在成像屏幕前添加了刀口，用來切割光路?，F(xiàn)有的陰影法和紋影法的測試系統(tǒng)中，燃燒腔帶有相對的兩側(cè)可視化窗口，噴油器安在燃燒腔頂部，光源發(fā)出的光線經(jīng)透鏡變?yōu)槠叫泄饩€后穿過被測流場，再經(jīng)透鏡后射入到高速攝像相機(jī)。

如榮美霞的論文《柴油噴霧與著火特性試驗(yàn)研究》中提出的測量噴霧著火特性的高速陰影攝影試驗(yàn)裝置，定容燃燒彈有兩面相對的可視化石英窗，噴霧器安在燃燒彈頂部，鹵燈光源射出的光線經(jīng)過兩面反光鏡反射，垂直于石英窗穿入被測流場，再經(jīng)兩面反光鏡反射，進(jìn)入高速攝影機(jī)，從而獲得噴霧的陰影圖像。再如羅麗的論文《酸化油生物柴油的噴霧與燃燒特性研究》中提出的研究生物柴油噴霧特性的高速紋影攝影系統(tǒng)，定容燃燒彈有兩面可視化石英窗，噴油器安在燃燒彈頂部，光源發(fā)出的光經(jīng)過反射鏡和準(zhǔn)直鏡的反射變?yōu)槠叫泄馐M(jìn)入被測流場，穿過流場后，再經(jīng)紋影鏡和反射鏡的反射進(jìn)入高速攝影機(jī)，從而得到噴霧的紋影圖像。

但是上述測量噴霧的陰影系統(tǒng)和紋影系統(tǒng)，都是對安裝在燃燒腔頂部的噴油器噴射的噴霧進(jìn)行側(cè)面觀測，因此只能用于單噴孔噴霧的測量，當(dāng)使用多孔噴油器噴射時，系統(tǒng)觀測到的噴霧會出現(xiàn)重疊或者覆蓋的現(xiàn)象，導(dǎo)致觀測結(jié)果不清晰。因此，傳統(tǒng)的陰影和紋影系統(tǒng)并不適用于多噴孔噴霧的觀測。而在實(shí)際柴油機(jī)中采用的都是多噴孔噴油器，多噴孔噴油器形成的噴霧特性是決定柴油機(jī)性能的根本因素，所以需要多噴孔噴霧的可視化測量方法和系統(tǒng)為柴油噴霧特性的研究提供更為準(zhǔn)確有效的試驗(yàn)手段，支撐柴油機(jī)性能優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有的噴霧測量的陰影成像系統(tǒng)只能觀測單孔噴霧的缺點(diǎn)，提出了一種測量多噴孔噴霧的陰影法成像系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種用于多噴孔噴霧測量的陰影成像系統(tǒng)，包括光源，用于輸出光信號；以及沿所述光源輸出光信號路徑依次布置的第一平面鏡、準(zhǔn)直反射鏡、半反半透鏡、燃燒腔、聚焦反射鏡、第二平面鏡、高速攝影相機(jī)、計(jì)算機(jī)；光源發(fā)出的光線經(jīng)第一平面鏡反射后照射到準(zhǔn)直反射鏡，經(jīng)準(zhǔn)直反射鏡后變成平行光線，光線穿過半反半透鏡照射至燃燒腔內(nèi)，經(jīng)燃燒腔鏡面處理的內(nèi)壁反射后原路返回至半反半透鏡，經(jīng)半反半透鏡反射，垂直于原方向照射至聚焦反射鏡，經(jīng)聚焦反射鏡匯聚和第二平面鏡的反射，最終進(jìn)入高速攝影相機(jī)，并在計(jì)算機(jī)中存儲圖像文件。

所述的半反半透鏡和燃燒腔沿光線傳播路徑位于準(zhǔn)直鏡和聚焦鏡之間；用來將經(jīng)準(zhǔn)直鏡反射出的平行光透過，進(jìn)入被測流場，并被燃燒腔鏡面處理過的內(nèi)壁反射后，經(jīng)半反半透鏡反射，照射至聚焦鏡。

所述的半反半透鏡設(shè)于準(zhǔn)直反射鏡和燃燒腔、燃燒腔和聚焦反射鏡之間，并與水平方向呈45°擺放，用來透過準(zhǔn)直反射鏡平行的出射光，并且將燃燒腔內(nèi)壁反射出的平行光垂直于原方向反射。

所述的燃燒腔帶有一面可視化窗口，其噴油器安在與可視化窗口正對的壁面的正中；燃燒腔噴油器的安裝板的內(nèi)壁壁面進(jìn)行了鏡面處理，用來將透過半反半透鏡射入燃燒腔的平行光沿原路反射回半反半透鏡。

本發(fā)明具有以下有益效果：

通過將多噴孔噴油器安在與可視化窗口正對的壁面上，并對燃燒腔安有噴油器的壁面內(nèi)壁進(jìn)行鏡面處理，結(jié)合半反半透鏡透光的方向選擇性，將半反半透鏡與水平方向呈45°擺放，從而可以對噴油器噴射的多束噴霧進(jìn)行正面的觀測，因此可以應(yīng)用于多噴孔噴油器，達(dá)到對多噴孔噴霧進(jìn)行同時觀測的目的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例用于多噴孔噴霧測量的陰影成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：光源1；第一平面鏡2；準(zhǔn)直反射鏡3；半反半透鏡4；燃燒腔5；聚焦反射鏡6；第二平面鏡7；高速攝影相機(jī)8；計(jì)算機(jī)9。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例與實(shí)施例中的特征可以相互任意組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

本發(fā)明提供一種用于多噴孔噴霧測量的陰影成像系統(tǒng)，包括沿光路布置的光源、第一平面鏡、準(zhǔn)直反射鏡、半反半透鏡、燃燒腔、聚焦反射鏡、第二平面鏡、高速攝影相機(jī)和計(jì)算機(jī)。其中，半反半透鏡位于準(zhǔn)直反射鏡和燃燒腔、燃燒腔和聚焦反射鏡之間。

光源發(fā)出的光線照射到第一平面鏡，被平面鏡反射后照射到準(zhǔn)直反射鏡，經(jīng)準(zhǔn)直反射鏡后變成平行光線，平行光線透過半反半透鏡照射至燃燒腔內(nèi)，燃燒腔安有噴油器的壁面內(nèi)壁進(jìn)行了鏡面處理，所以平行光線進(jìn)入燃燒腔后被燃燒腔鏡面處理的內(nèi)壁反射，原路返回至半反半透鏡，由于半反半透鏡透光的方向選擇性，平行光線再經(jīng)半反半透鏡反射，垂直于原方向照射至聚焦反射鏡，經(jīng)聚焦反射鏡匯聚，再經(jīng)第二平面鏡的反射，最終進(jìn)入高速攝影相機(jī)，并將成像數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)。

進(jìn)一步地，第一平面鏡和第二平面鏡分別用于將光源發(fā)出的光反射，使其照射到準(zhǔn)直反射鏡和將匯聚反射鏡的出射光反射，使其進(jìn)入高速攝影相機(jī)。第一平面鏡和第二平面鏡通過反射光線，改變光路的方向，使整個系統(tǒng)的布置更加緊湊。

進(jìn)一步地，準(zhǔn)直反射鏡設(shè)于第一平面鏡和半反半透鏡之間，用來將被第一平面鏡反射的發(fā)散的出射光變換成平行出射光，進(jìn)入觀測流場；聚焦反射鏡設(shè)于半反半透鏡和第二平面鏡之間，用來將從流場射出后被半反半透鏡反射的平行光變換成匯聚的出射光。在布置場地條件允許的情況下，準(zhǔn)直反射鏡和聚焦反射鏡的入射光線與出射光線之間的夾角應(yīng)當(dāng)盡可能小，實(shí)驗(yàn)中一般采用6°。

進(jìn)一步地，半反半透鏡位于準(zhǔn)直反射鏡和燃燒腔、燃燒腔和聚焦反射鏡之間，與水平方向呈45°擺放。由于半反半透鏡透光的方向選擇性，半反半透鏡這樣的擺設(shè)可以使準(zhǔn)直反射鏡平行的出射光透過，進(jìn)入觀測流場，并且可以使經(jīng)燃燒腔內(nèi)壁鏡面反射后射出燃燒腔的平行光垂直于原方向被反射。

進(jìn)一步地，燃燒腔帶有一面可視化窗口，其噴油器安在與可視化窗口正對的壁面上，并且安有噴油器的壁面內(nèi)壁進(jìn)行了鏡面處理。鏡面處理后的燃燒腔壁面可以將經(jīng)半反半透鏡透過的平行入射光反射，使其沿原路反射回半反半透鏡。

參照圖1，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于多噴孔噴霧測量的陰影成像系統(tǒng)，包括沿光路布置的光源1、第一平面鏡2、準(zhǔn)直反射鏡3、半反半透鏡4、燃燒腔5、聚焦反射鏡6、第二平面鏡7、高速攝影相機(jī)8、計(jì)算機(jī)9，鏡面處理的燃燒腔內(nèi)壁10。其中，如圖1所示，半反半透鏡4位于準(zhǔn)直反射鏡3和燃燒腔5、燃燒腔5和聚焦反射鏡6之間。

光源1發(fā)出的光線經(jīng)第一平面鏡2反射后照射到準(zhǔn)直反射鏡3，經(jīng)準(zhǔn)直反射鏡3后變成平行光線，光線穿過半反半透鏡4照射至燃燒腔5內(nèi)，經(jīng)燃燒腔5鏡面處理的內(nèi)壁10反射后原路返回至半反半透鏡4，經(jīng)半反半透鏡4反射，垂直于原方向照射至聚焦反射鏡6，經(jīng)聚焦反射鏡6匯聚和第二平面鏡7的反射，最終進(jìn)入高速攝影相機(jī)8，并將圖像信息存儲在計(jì)算機(jī)9中。

本實(shí)施例通過將多噴孔噴油器安在與可視化窗口正對的壁面上，并對燃燒腔5的安有噴油器的壁面內(nèi)壁10進(jìn)行鏡面處理，使其可以將進(jìn)入流場的光線進(jìn)行反射，并結(jié)合半反半透鏡4透光的方向選擇性的應(yīng)用，從而可以對噴油器噴射的噴霧進(jìn)行正面的觀測，因此可以應(yīng)用于多噴孔噴油器，達(dá)到對多噴孔噴霧進(jìn)行同時觀測的目的。

在具體的實(shí)施例中，光源1可選為鹵鎢燈，光譜范圍寬，發(fā)光效率高，光照均勻。

本實(shí)施例中，所選聚焦反射鏡3和紋影反射鏡6的尺寸應(yīng)當(dāng)滿足，其反射出的平行光寬度可以覆蓋觀測流場。在系統(tǒng)布置上，光源1到聚焦反射鏡3的距離應(yīng)為聚焦反射鏡3的焦距距離，并且，紋影反射鏡6到高速攝影相機(jī)8的距離應(yīng)為紋影反射鏡6的焦距距離。

本實(shí)施例中，燃燒腔5帶有一面可視化窗口，噴油器安在其與可視化窗口正對的壁面上，并且安有噴油器的壁面內(nèi)壁10進(jìn)行了鏡面處理，用來將透過半反半透鏡4進(jìn)入流場的平行入射光沿原路反射回半反半透鏡。

本實(shí)施例中，參照圖1，半反半透鏡4位于準(zhǔn)直反射鏡3和燃燒腔5、燃燒腔5和聚焦反射鏡6之間，與水平方向呈45°擺放。由于半反半透鏡透光的方向選擇性，半反半透鏡4的擺設(shè)可以使其透過從準(zhǔn)直反射鏡射出的平行光，并且將燃燒腔內(nèi)壁10反射出的平行光垂直于原方向反射。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。反正在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。