專利名稱：一種光纖束流場重建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖束流場重建方法。
背景技術(shù)：
發(fā)射光譜層析技術(shù)是一種流場重建技術(shù)，其光路較簡單，不易受外界環(huán)境的影響， 其數(shù)據(jù)獲取方式有兩種一種是基于掃描的方式，一種是基于面陣傳感器的方式?；趻呙璧姆绞叫枰ㄙM(fèi)時間進(jìn)行掃描，無法保證數(shù)據(jù)獲取的實(shí)時性；基于面陣傳感器的方式可以保證數(shù)據(jù)獲取的實(shí)時性，但其光路中一般是利用鏡頭成像，通常采用同一圓周面多個平分視角，且面陣傳感器到圓心的距離均相等，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，視角為經(jīng)典的光譜層析劃分，雖然在層析重建算法實(shí)現(xiàn)時較容易，但在實(shí)際應(yīng)用時，如遇環(huán)境因素的限制，均分視角，等距及共圓周面的要求無法滿足，此方法也就無法適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種光纖束流場重建方法，該方法在需要采集數(shù)據(jù)的空間若干方向上安裝多個空芯紅外光纖束，以收集待測流場沿空間多個方向的平行輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)，多個空芯紅外光纖束與紅外焦平面陣列傳感器連接，滿足平行束流場重建反演的要求，從而提高流場重建運(yùn)算的精度，并且該方法對光纖束的視角、離目標(biāo)的距離均無約束，可消除測試環(huán)境的限制，大大提高發(fā)射光譜層析測試的實(shí)用性。本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，方法為待測流場對外各方向都存在紅外輻射，在需要采集數(shù)據(jù)的空間若干方向上安裝多個空芯紅外光纖束，以收集待測流場沿空間多個方向的輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)，由于組成光纖束的各根光纖入射孔徑的匹配要求，因此只有近平行輻射線才能耦合進(jìn)光纖，若干個光纖束與一個紅外焦平面陣列傳感器連接，在對接時，每個光纖束對應(yīng)紅外焦平面陣列中的一部分，而在每個光纖束中只有正方形區(qū)域是有效數(shù)據(jù)區(qū)， 正方形與圓形包層之間為無效數(shù)據(jù)區(qū)，主計算機(jī)通過控制及數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送同步曝光控制信號至各紅外焦平面陣列傳感器驅(qū)動電路，進(jìn)行待測流場某一瞬間多方向輻射信號的同步采集，信號采集結(jié)束后，主計算機(jī)通過控制及數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送信號輸出指令至各紅外焦平面陣列傳感器驅(qū)動電路，以獲得多路采集的紅外圖像輸出，主計算機(jī)進(jìn)行紅外圖像處理， 首先提取有效數(shù)據(jù)區(qū)域的信號，并與光纖束的序號對應(yīng)，隨后對各光纖束中每根光纖的對應(yīng)的射線方位進(jìn)行球面坐標(biāo)至笛卡爾坐標(biāo)的變換，并進(jìn)行各方向探測數(shù)據(jù)的重排，經(jīng)發(fā)射光譜層析反演重建算法，得到待測流場某一瞬間的三維物理量分布。本發(fā)明的技術(shù)效果是光纖束的視角、離目標(biāo)的距離均無約束，可消除測試環(huán)境的限制，大大提高發(fā)射光譜層析測試的實(shí)用性。


圖1、圖2為本發(fā)明的原理圖。在圖中，1、待測流場2、空芯紅外傳光光纖3、光纖束4、紅外焦平面陣列傳感器5、驅(qū)動電路6、套筒7、控制信號8、紅外圖像輸出9、控制及數(shù)據(jù)采集卡10、主計算機(jī) 11、球面坐標(biāo)系。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的原理如圖1所示，待測流場1對外空間各方向都存在紅外輻射，在各方向關(guān)鍵位置安裝空芯紅外傳光光纖2，空芯紅外傳光光纖按位置及方向進(jìn)行分組，每組按順序排列，形成均勻分布的正方形截面，加入支撐材料及包層，組成截面形狀為圓形的光纖束3.可用球面坐標(biāo)系11進(jìn)行各光纖束的每根空芯紅外傳光光纖的幾何描述，每個光纖束的入射端面中心的坐標(biāo)參數(shù)為(Z，j, f),每個光纖束的入射端面中心的坐標(biāo)均無約束，因此消除了實(shí)測環(huán)境的限制.光纖束3與紅外焦平面陣列傳感器4直接連接，一個紅外焦平面陣列傳感器4可與多個光纖束(Z1, J1, f\)、(Z2，j2, f2)、…、(4，jn, fn)對接，如圖2所示，在對接時，每個光纖束對應(yīng)紅外焦平面陣列中的一部分，而在每個光纖束中只有正方形區(qū)域是有效數(shù)據(jù)區(qū)，正方形與圓形包層之間為無效數(shù)據(jù)區(qū).紅外焦平面陣列傳感器驅(qū)動電路5可提供驅(qū)動時序、控制及輻射光強(qiáng)至紅外數(shù)字圖像的轉(zhuǎn)換.紅外焦平面陣列傳感器4及驅(qū)動電路5安裝在套筒6內(nèi)，以消除外界雜散光的影響。流場測試開始時，主計算機(jī)10通過控制及數(shù)據(jù)采集卡9發(fā)送同步曝光控制信號7至各紅外焦平面陣列傳感器驅(qū)動電路5，進(jìn)行待測流場某一瞬間多方向輻射信號的同步采集.信號采集結(jié)束后，主計算機(jī)10通過控制及數(shù)據(jù)采集卡9發(fā)送信號輸出指令至各紅外焦平面陣列傳感器驅(qū)動電路5，以獲得多路采集的紅外圖像輸出8.通過控制及數(shù)據(jù)采集卡9獲得紅外圖像后，主計算機(jī)10進(jìn)行紅外圖像處理，首先根據(jù)光纖束有效數(shù)據(jù)區(qū)及無效數(shù)據(jù)區(qū)在紅外圖像上的特征區(qū)別，選擇一個合適的圖像閾值，進(jìn)行簡單的圖像分割，以提取有效數(shù)據(jù)區(qū)的信號，并與光纖束的序號對應(yīng)，隨后對各光纖束中每根光纖對應(yīng)的射線方位進(jìn)行球面坐標(biāo)至笛卡爾坐標(biāo)的變換，并進(jìn)行各方向探測數(shù)據(jù)的重排，經(jīng)發(fā)射光譜層析反演重建算法，得到待測流場某一瞬間的三維物理量分布。
權(quán)利要求
1. 一種光纖束流場重建方法，其特征是方法為待測流場對外各方向都存在紅外輻射，在需要采集數(shù)據(jù)的空間若干方向上安裝多個空芯紅外光纖束，若干個光纖束與一個紅外焦平面陣列傳感器連接，在對接時，每個光纖束對應(yīng)紅外焦平面陣列中的一部分，而在每個光纖束中只有正方形區(qū)域是有效數(shù)據(jù)區(qū)，正方形與圓形包層之間為無效數(shù)據(jù)區(qū)， 主計算機(jī)進(jìn)行紅外圖像處理時，首先根據(jù)光纖束有效數(shù)據(jù)區(qū)及無效數(shù)據(jù)區(qū)在紅外圖像上的特征區(qū)別，選擇一個合適的圖像閾值，進(jìn)行簡單的圖像分割，以提取有效數(shù)據(jù)區(qū)的信號， 并與光纖束的序號對應(yīng)，隨后對各光纖束中每根光纖對應(yīng)的射線方位進(jìn)行球面坐標(biāo)至笛卡爾坐標(biāo)的變換，并進(jìn)行各方向探測數(shù)據(jù)的重排，經(jīng)發(fā)射光譜層析反演重建算法，得到待測流場某一瞬間的三維物理量分布。
全文摘要
一種光纖束流場重建方法，方法為待測流場對外各方向都存在紅外輻射，在需要采集數(shù)據(jù)的空間若干方向上安裝多個空芯紅外光纖束,以收集待測流場沿空間多個方向的輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù),在對接時,每個光纖束對應(yīng)紅外焦平面陣列中的一部分,主計算機(jī)通過控制及數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送同步曝光控制信號至各紅外焦平面陣列傳感器驅(qū)動電路,并進(jìn)行各方向探測數(shù)據(jù)的重排,經(jīng)發(fā)射光譜層析反演重建算法,得到待測流場某一瞬間的三維物理量分布。本發(fā)明的技術(shù)效果是光纖束的視角、離目標(biāo)的距離均無約束,可消除測試環(huán)境的限制,大大提高發(fā)射光譜層析測試的實(shí)用性。
文檔編號G01J3/443GK102353453SQ20111024884
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月27日
發(fā)明者萬雄, 張志敏 申請人:南昌航空大學(xué)