CN110987177B - 光线平行度测量装置及应用该装置的多孔喷雾测试*** - Google Patents
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Abstract
本发明属于柴油机燃油***喷雾形态测试技术领域，具体涉及一种光线平行度测量装置及应用该装置的多孔喷雾测试***。本发明的一种基于光电效应的光线平行度测量装置可以对光线微小的不平行度进行数倍放大，并利用压电传感器来测量不同位置的光线强度，并将光强转化为电势能，从而直观的量化出光线的非平行性质和平行度，对于精确确定光线平行程度，提高光学测试的测试精度和测试清晰度，增大测试结果的信噪比具有重要意义。本发明的应用光线平行度测量装置的多孔喷雾测试***保证了只有当光线绝对平行时测试***才能正常工作，从而提高光学测试的测试精度和测试清晰度，增大测试结果的信噪比。
Description
技术领域
本发明属于柴油机燃油***喷雾形态测试技术领域，具体涉及一种光线平行度测量装置及应用该装置的多孔喷雾测试***。
背景技术
光学测试在不同的领域都具有很大的实用价值和广泛的应用，随着被测对象复杂程度的提高和测试环境的恶劣，从不同的角度提高光学测试的测试精度和测试清晰度，增大测试结果的信噪比，已经成为越来越重要的研究方向。
在绝大多数光学测试的过程中，都要使用平行光来充当测量光线，因此需要将点光源或线光源发出的非平行光经过整理变为平行光参与测量，光学测试的原理决定了平行光线的平行度对测试结果有着极其重要的影响。
然而目前的光学测试中没有专用的、用于评价光线平行度的设备，因此在光学实验的过程中主要依靠设备参数和观测光斑大小确定光线是否为平行光，这是不精确的。
发明内容
本发明的目的在于提供对喷雾测试***中光线的平行度进行量化观测，从而提高光学测试的测试精度和测试清晰度，增大测试结果的信噪比的一种光线平行度测量装置。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括平面透镜组、光电传感器、电压放大器和电势差测量装置；所述的平面透镜组由不同密度的平面透镜组成，所有平面透镜按照密度顺序逐次排列紧密贴合，其中密度值最小的平面透镜的密度值大于空气的密度；所述的光电传感器成同心环状布置承接经过平面透镜组折射的光线，通过平面透镜组的光线照射到不同的光电传感器环上激发出不同的电势，不同的光电传感器环上分别引出不同的电势测量引脚，将光电传感器的激发电势进行输出；所述的电压放大器将光电传感器的激发电势进行放大；所述的电势差测量装置测量中心部位光电传感器电势与***光电传感器电势的差值；被检测光线从平面透镜组中密度最大的透镜方向入射；当被检测光线为发散光线时，穿过平面透镜组的光线会在光电传感器上行成一个中心较暗，***较亮的光环，因此光电传感器在光环处产生更大的电能，产生更高的激发电势，而在中心的较暗处产生较低的电势，电势差测量装置输出负值的电势差，负号代表入射光线为发散光，数值绝对值的大小代表发散光的发散程度，发散程度越大，电势差的绝对值越大；当被检测光线为汇聚光线时，穿过平面透镜组的光线会在光电传感器上行成一个中心较亮，***较暗的光斑，因此光电传感器在光斑处产生更大的电能，产生更高的激发电势，而在***的较暗处产生较低的电势，电势差测量装置输出正值的电势差，正号代表入射光线为汇聚光，数值绝对值的大小代表汇聚光的汇聚程度，汇聚程度越大，电势差的绝对值越大；当被检测光线为平行光线时，各处的光电传感器电势相等，电势差测量装置输出结果为0；通过观测电势差测量装置输出的数值，可以清晰的量化出被检测光线的性质和不平行程度。
本发明的目的还在于提供一种应用光线平行度测量装置的多孔喷雾测试***。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括高强度LED阵列光源、狭缝、第一凸透镜、第二凸透镜、光线平行度测量装置、分光镜、定容弹、刀口和高速摄像机；所述的光线平行度测量装置包括平面透镜组、光电传感器、电压放大器和电势差测量装置；所述的平面透镜组由不同密度的平面透镜组成，所有平面透镜按照密度顺序逐次排列紧密贴合，其中密度值最小的平面透镜的密度值大于空气的密度；所述的光电传感器成同心环状布置承接经过平面透镜组折射的光线，通过平面透镜组的光线照射到不同的光电传感器环上激发出不同的电势，不同的光电传感器环上分别引出不同的电势测量引脚，将光电传感器的激发电势进行输出；所述的电压放大器将光电传感器的激发电势进行放大；所述的电势差测量装置测量中心部位光电传感器电势与***光电传感器电势的差值；所述的定容弹一端设有玻璃端盖，另一端设有平面镜端盖，在平面镜端盖上设有多孔喷油器；高强度LED阵列光源发出的光线经过狭缝后变为线状发散光，线状发散光经第一凸透镜折射变为平行光线，平行光线从光线平行度测量装置中密度最大的透镜方向射入；若光线为绝对的平行光线，则光线平行度测量装置的电势差测量装置输出结果为0；若光线中包含发散光线，则光线平行度测量装置的电势差测量装置输出结果为负值；若光线中包含汇聚光线，则光线平行度测量装置的电势差测量装置输出结果为正值；因此光线平行度测量装置的电势差测量装置输出结果为0时，判定经过第一凸透镜折射后的光线为绝对的平行光线，此时撤去光线平行度测量装置的光电传感器、电压放大器和电势差测量装置，绝对的平行光线经过平面透镜组后射入到分光镜中，穿过分光镜的光线射向定容弹，光线穿过定容弹的玻璃端盖后进入定容弹内部的测试流场区域，光线经定容弹的平面镜端盖反射反向传播再次到达分光镜，光线被分光镜反射到第二凸透镜进行汇聚后经刀口切割进入高速摄像机；当定容弹内无流场变化时，光线始终保持平行，并最终在刀口处汇聚进入高速摄像机，此时摄像机内显示的是一个亮度均匀的测试区域；当定容弹内出现变化的流场时，由于流场密度的不同，平行光线会发生不同程度的偏折，偏折后的光线无法汇聚到刀口处的焦点上，因此会被刀口阻挡，被阻挡的光线先前所在的位置就会在摄像机中生成一个较暗的区域，因此能够测出喷雾流场的形态变化。
本发明的有益效果在于：
本发明的一种基于光电效应的光线平行度测量装置可以对光线微小的不平行度进行数倍放大，并利用压电传感器来测量不同位置的光线强度，并将光强转化为电势能，从而直观的量化出光线的非平行性质和平行度，对于精确确定光线平行程度，提高光学测试的测试精度和测试清晰度，增大测试结果的信噪比具有重要意义。本发明的应用光线平行度测量装置的多孔喷雾测试***保证了只有当光线绝对平行时测试***才能正常工作，从而提高光学测试的测试精度和测试清晰度，增大测试结果的信噪比。
附图说明
图1为本发明的光线平行度测量装置示意图。
图2为本发明的应用光线平行度测量装置的多孔喷雾测试***示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明设计了一种基于光电效应的光线平行度测量装置及应用该装置的多孔喷雾测试***，涉及柴油机燃油***喷雾形态测试领域。本发明的一种光线平行度测量装置解决了传统光学测试***中光线平行度难以测量的问题，提高了平行光线的平行程度和光学测试的精度，具有较大的实用意义和价值。
如图1所示，一种基于光电效应的光线平行度测量装置，主要包括不同密度的平面透镜组、光电传感器11、电压放大器12、电势差测量装置14、单片机15、数字显示器16等，不同密度的平面透镜按照密度顺序逐次排列紧密贴合，相邻透镜之间的密度值差异较大，透镜中密度最小值要大于空气的密度。当被检测光线为发散光线时，穿过透镜组的光线会在光电传感器上行成一个中心较暗，***较亮的光环，因此光电传感器在光环处产生更大的电能，产生更高的激发电势，而在中心的较暗处产生较低的电势，用中心电势减去***电势，就可得到一个负值的电势差，负号代表入射光线为发散光，数值绝对值的大小代表发散光的发散程度，发散程度越大，电势差的绝对值越大；当被检测光线为汇聚光线时，穿过透镜组的光线会在光电传感器上行成一个中心较亮，***较暗的光斑，因此光电传感器在光斑处产生更大的电能，产生更高的激发电势，而在***的较暗处产生较低的电势，用中心电势减去***电势，就可得到一个正值的电势差，正号代表入射光线为汇聚光，数值绝对值的大小代表汇聚光的汇聚程度，汇聚程度越大，电势差的绝对值越大；而平行光入射时，光电传感器上的各处电势相等，数字显示器示数为0，通过观测数字显示器的数值，可以清晰的量化出被测光线的性质和不平行程度。
本发明利用光电传感器承接透镜折射光线，将不同的光强转化为不同的电势能，通过将光信号转化为电信号，并测量电信号的数值，实现光线性质的数值量化。
光电传感器成同心环状布置，通过透镜组的光线照射到不同的光电传感器环上激发出不同的电势。不同的光电传感器环上分别引出不同的电势测量引脚，将光电传感器的激发电势进行输出。使用电压放大器将光电传感器的激发电势进行放大。由于光电传感器的激发电势值较小，直接测量会有很大的干扰误差因此使用电压放大装置放大激发电势。使用中心部位光电传感器电势与***光电传感器电势的最大差值的绝对值来代表不平行光线的不平行程度，绝对值越大，不平行程度越高。使用中心部位光电传感器电势与***光电传感器电势的差值正负号来表示不平行光线的性质，正值代表汇聚光线，负值代表发散光线。
本发明的一种基于光电效应的光线平行度测量装置可以对光线微小的不平行度进行数倍放大，并利用压电传感器来测量不同位置的光线强度，并将光强转化为电势能，从而直观的量化出光线的非平行性质和平行度，对于精确确定光线平行程度，提高光学测试的测试精度和测试清晰度，增大测试结果的信噪比具有重要意义。
如图2所示，一种应用光线平行度测量装置的多孔喷雾测试***，包括高强度LED阵列光源1、狭缝2、第一凸透镜3、第二凸透镜7、光线平行度测量装置、分光镜4、定容弹5、刀口8和高速摄像机9。定容弹一端设有玻璃端盖，另一端设有平面镜端盖10，在平面镜端盖上设有多孔喷油器6。该测试***的测试原理为：高强度LED阵列光源发出的光线经过狭缝后变为线状发散光，发散光经第一凸透镜折射变为平行光线，若不加装该平行光线平行度测量装置，则该平行光线穿过分光镜和定容弹上的石英玻璃端盖进入定容弹内部的测试流场区域，然后经平面镜端盖反射反向传播再次到达分光镜，被分光镜反射到第二凸透镜进行汇聚，当定容弹内无流场变化时，光线始终保持平行，并最终在刀口处汇聚进入高速摄像机，此时摄像机内显示的是一个亮度均匀的测试区域，当定容弹内出现变化的流场时，由于流场密度的不同，平行光线会发生不同程度的偏折，偏折后的光线无法汇聚到刀口处的焦点上，因此会被刀口阻挡，被阻挡的光线先前所在的位置就会在摄像机中生成一个较暗的区域，因此能够测出喷雾流场的形态变化。但在实际的操作过程中，由于部件的加工误差和手动操作的精度限制以及用肉眼观察光线平行度的不可靠性，光源发出的光线经狭缝和第一凸透镜之后无法保证绝对平行，这会给测试结果带来误差。该平行光线平行度测量装置能够对第一凸透镜之后光线的平行度进行测量判定，平行光线从光线平行度测量装置中密度最大的透镜方向射入；若光线为绝对的平行光线，则光线平行度测量装置的电势差测量装置输出结果为0；若光线中包含发散光线，则光线平行度测量装置的电势差测量装置输出结果为负值；若光线中包含汇聚光线，则光线平行度测量装置的电势差测量装置输出结果为正值；因此该光线平行度测量装置保证了只有在其电势差测量装置输出结果为0时，经过第一凸透镜折射后的光线为绝对的平行光线，此时撤去光线平行度测量装置的光电传感器、电压放大器和电势差测量装置，绝对的平行光线经过平面透镜组后射入到分光镜中。本发明的使用光线平行度测量装置进行测量，保证只有当光线绝对平行时测试***才能正常工作，从而提高光学测试的测试精度和测试清晰度，增大测试结果的信噪比。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种光线平行度测量装置，其特征在于：包括平面透镜组、光电传感器、电压放大器和电势差测量装置；所述的平面透镜组由不同密度的平面透镜组成，所有平面透镜按照密度顺序逐次排列紧密贴合，其中密度值最小的平面透镜的密度值大于空气的密度；所述的光电传感器成同心环状布置承接经过平面透镜组折射的光线，通过平面透镜组的光线照射到不同的光电传感器环上激发出不同的电势，不同的光电传感器环上分别引出不同的电势测量引脚，将光电传感器的激发电势进行输出；所述的电压放大器将光电传感器的激发电势进行放大；所述的电势差测量装置测量中心部位光电传感器电势与***光电传感器电势的差值；被检测光线从平面透镜组中密度最大的透镜方向入射；当被检测光线为发散光线时，穿过平面透镜组的光线会在光电传感器上形成一个中心较暗，***较亮的光环，因此光电传感器在光环处产生更大的电能，产生更高的激发电势，而在中心的较暗处产生较低的电势，电势差测量装置输出负值的电势差，负号代表入射光线为发散光，数值绝对值的大小代表发散光的发散程度，发散程度越大，电势差的绝对值越大；当被检测光线为汇聚光线时，穿过平面透镜组的光线会在光电传感器上形成一个中心较亮，***较暗的光斑，因此光电传感器在光斑处产生更大的电能，产生更高的激发电势，而在***的较暗处产生较低的电势，电势差测量装置输出正值的电势差，正号代表入射光线为汇聚光，数值绝对值的大小代表汇聚光的汇聚程度，汇聚程度越大，电势差的绝对值越大；当被检测光线为平行光线时，各处的光电传感器电势相等，电势差测量装置输出结果为0；通过观测电势差测量装置输出的数值，可以清晰的量化出被检测光线的性质和不平行程度。
2.一种应用光线平行度测量装置的多孔喷雾测试***，其特征在于：包括高强度LED阵列光源、狭缝、第一凸透镜、第二凸透镜、光线平行度测量装置、分光镜、定容弹、刀口和高速摄像机；所述的光线平行度测量装置包括平面透镜组、光电传感器、电压放大器和电势差测量装置；所述的平面透镜组由不同密度的平面透镜组成，所有平面透镜按照密度顺序逐次排列紧密贴合，其中密度值最小的平面透镜的密度值大于空气的密度；所述的光电传感器成同心环状布置承接经过平面透镜组折射的光线，通过平面透镜组的光线照射到不同的光电传感器环上激发出不同的电势，不同的光电传感器环上分别引出不同的电势测量引脚，将光电传感器的激发电势进行输出；所述的电压放大器将光电传感器的激发电势进行放大；所述的电势差测量装置测量中心部位光电传感器电势与***光电传感器电势的差值；所述的定容弹一端设有玻璃端盖，另一端设有平面镜端盖，在平面镜端盖上设有多孔喷油器；高强度LED阵列光源发出的光线经过狭缝后变为线状发散光，线状发散光经第一凸透镜折射变为平行光线，平行光线从光线平行度测量装置中密度最大的透镜方向射入；若光线为绝对的平行光线，则光线平行度测量装置的电势差测量装置输出结果为0；若光线中包含发散光线，则光线平行度测量装置的电势差测量装置输出结果为负值；若光线中包含汇聚光线，则光线平行度测量装置的电势差测量装置输出结果为正值；因此光线平行度测量装置的电势差测量装置输出结果为0时，判定经过第一凸透镜折射后的光线为绝对的平行光线，此时撤去光线平行度测量装置的光电传感器、电压放大器和电势差测量装置，绝对的平行光线经过平面透镜组后射入到分光镜中，穿过分光镜的光线射向定容弹，光线穿过定容弹的玻璃端盖后进入定容弹内部的测试流场区域，光线经定容弹的平面镜端盖反射反向传播再次到达分光镜，光线被分光镜反射到第二凸透镜进行汇聚后经刀口切割进入高速摄像机；当定容弹内无流场变化时，光线始终保持平行，并最终在刀口处汇聚进入高速摄像机，此时摄像机内显示的是一个亮度均匀的测试区域；当定容弹内出现变化的流场时，由于流场密度的不同，平行光线会发生不同程度的偏折，偏折后的光线无法汇聚到刀口处的焦点上，因此会被刀口阻挡，被阻挡的光线先前所在的位置就会在摄像机中生成一个较暗的区域，因此能够测出喷雾流场的形态变化。
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