(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210582468.0 (22)申请日 2022.05.26 (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区清华园 (72)发明人 梅睿米　李宗泰　 (74)专利代理 机构 北京清亦华知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11201 专利代理师 罗岚 (51)Int.Cl. G01D 21/02(2006.01) H04N 5/225(2006.01) H04N 5/247(2006.01) H04N 13/293(2018.01) (54)发明名称 一种基于波长调制光谱的多维流场成像系 统和方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于波长调制光谱的多 维流场成像系统和方法， 该系统包括： 一维成像 系统， 用于通过多组激光扩束器和准直透镜将输 入激光的点激光光斑变形得到多组条带状激光 光斑， 将多组条带状激光光斑输入待测流场并通 过多组一维线阵列高速红外相机获取二维图像 重构信息； 二维成像系统用于将 输入激光通过预 设排布方式的激光扩束器和准直透镜， 通过二维 高速红外相机获取三维图像重构信息； 计算系 统， 用于计算多组二维图像重构信息和三维图像 重构信息， 通过速度输出具有空间分辨率的待测 流场的状态信息； 状态信息包括组分温度、 组分 压力及组分浓度。 本发明实现将WMS技术从零维 空间分辨率提升至一维、 二维、 三维空间分辨率， 实现对流场的精确 测量。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115127606 A 2022.09.30 CN 115127606 A 1.一种基于波长调制光谱的多维流场成像系统， 其特征在于， 包括一维成像系统、 二维 成像系统和计算系统， 其中， 所述一维成像系统， 用于通过多组激光扩束器和准直透镜将输入激光的点激光光斑变 形得到多组条带状激光光斑， 将所述多组条带状激光光斑输入待测流场并通过多组一维线 阵列高速红外相机获取二维图像重构信息； 所述二维成像系统， 用于将所述输入激光通过预设排布方式的激光扩束器和准直透 镜， 并通过二维高速红外相机获取三维图像重构信息； 所述计算系统， 用于计算所述二维图像重构信息和所述三维图像重构信息， 通过实时 速度输出具有空间分辨率的待测流场的状态信息； 其中， 所述状态信息， 包括组分温度、 组 分压力及组分浓度。 2.根据权利要求1所述的成像系统， 其特征在于， 所述成像系统， 还包括： 多个激光器， 用于产生多个不同输出波长范围的激光。 3.根据权利要求2所述的成像系统， 其特征在于， 所述成像系统， 还包括： 激光耦合器， 用于将所述多个不同输出波长范围的激光进行耦合， 得到所述输入激光。 4.根据权利要求1所述的成像系统， 其特征在于， 所述待测流场， 用于将所述多组条带 状激光光斑处于同一平面内。 5.根据权利要求1所述的成像系统， 其特征在于， 对于所述一维线阵列高速红外相机， 使用红外 镜头采集波长调制光谱信号， 或用相机传感器接收所述波长调制光谱信号。 6.根据权利要求1所述的成像系统， 其特征在于， 所述二维高速红外相机， 用于额外捕 获竖直方向上的信息 。 7.根据权利要求1所述的成像系统， 其特征在于， 所述二维成像系统， 还用于在所述待 测流场预设情况下， 将所述一维成像系统沿垂 直于纸面方向移动得到多个不同高度位置的 断层。 8.根据权利要求1所述的成像系统， 其特征在于， 所述计算系统， 还用于根据所述一维 成像系统得到的所述待测流场的组分温度， 通过实时速度计算得到所述待测流场的组分压 力及组分浓度。 9.一种基于波长调制光谱的多维流场成像方法， 其特征在于， 所述方法， 包括以下步 骤： 通过多组激光扩束器和准直透镜将输入激光的点激光光斑变形得到多组条带状激光 光斑， 将所述多组条带状激光光斑输入待测流场并通过多组一维线阵列高速红外相机获取 二维图像重构信息； 将所述输入激光通过预设排布方式的激光扩束器和准直透镜， 并通过二维高速红外相 机获取三维图像重构信息； 计算所述二维图像重构信 息和所述三维图像重构信 息， 通过实时速度输出具有空间分 辨率的待测流场的状态信息； 其中， 所述状态信息， 包括组分温度、 组分压力及组分浓度。 10.根据权利要求9所述的方法， 其特征在于， 所述方法， 还包括： 获取多个不同输出波 长范围的激光。 11.根据权利要求10所述的方法， 其特征在于， 所述方法， 还包括： 将所述多个不同输出 波长范围的激光进行耦合， 得到所述输入激光。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115127606 A 212.根据权利要求9所述的方法， 其特征在于， 所述方法， 还包括： 将所述多组条带状激 光光斑处于所述待测流场的同一平面内。 13.根据权利要求9所述的方法， 其特征在于， 所述通过实时速度输出具有空间分辨率 的待测流场的状态信息， 具体为： 根据测量得到的所述待测流场的组分温度， 通过实时速度计算得到所述待测流场的组 分压力及组分浓度。 14.根据权利要求9所述的方法， 其特征在于， 对于所述一维线阵列高速红外相机， 使用 红外镜头采集波长调制光谱信号， 或用相机传感器接收所述波长调制光谱信号。 15.根据权利要求9所述的方法， 其特征在于， 所述方法， 还包括： 通过所述二维高速红 外相机额外捕获竖直方向上的信息 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115127606 A 3