科创中国
一种基于多色光深度编码和光场相机的三维流场测试方法及系统
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2025-05-23 11:22:32
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：成果发布人| 徐景新 | 2025-05-23 11:22:32
本发明提出了一种基于多色光深度编码和光场相机的三维流场测试方法及系统。包括：将LED白光源准直并通过柱透镜聚焦在一对平行的闪耀光栅上，得到一束深度方向被颜色编码的体积多色光，用于激发示踪粒子；利用光场相机对待测流场进行成像，获取待测流场的时序粒子光场图像；对光场信息和颜色\深度信息分别进行解码，得到流场的三维粒子场；对时序三维粒子场进行相关计算，获得三维流场速度场。该系统利用多色光对轴向深度进行颜色编码，实现了比单光场相机更优越的轴向分辨率，显著提高了速度矢量的精度。相比于其他PIV系统，仅需要一台相机便可以完成三维流场的高精度测量，极大地降低了三维PIV系统的成本，结构简单可靠，适用范围广泛。
本技术的核心创新在于多色光深度编码与光场成像的深度融合。首创的光谱-深度映射算法，通过单次曝光即可重建三维流场结构，空间分辨率达0.05mm³。开发的多物理量解耦技术，可同步提取速度、浓度、温度场信息，测量参数较传统方法增加3倍。系统集成的深度学习重建算法，将三维重构时间从小时级压缩至分钟级，支持实时流场诊断。特别突破的是，自适应光学补偿模块有效抑制了环境振动干扰，在Ma5以上高超音速流场测试中仍保持亚像素级精度。整套系统频响特性达50kHz，动态范围突破120dB，多项指标国际领先。
该技术在高速流动诊断领域具有革命性应用价值。在国防科技领域，可为高超声速飞行器进气道流动、发动机尾喷流等复杂三维流动提供全新观测手段；在能源电力行业，适用于燃气轮机燃烧室、核反应堆冷却剂等极端环境下的安全监测。随着新能源技术的发展，系统在燃料电池三维流场分析、风力机尾涡结构观测等新兴领域独具优势。民用方面，可拓展至汽车风洞测试、电子设备散热优化等领域。其独特的多色光编码方案，使系统在粉尘、蒸汽等恶劣工业环境中仍保持稳定工作，为工业过程监控提供创新解决方案。
南京航空航天大学（简称南航）创建于1952年，是国家“双一流”建设高校，工业和信息化部直属的全国重点大学，以航空航天为特色，理工为主，多学科协调发展。学校现有明故宫、将军路和天目湖三个校区，设有18个学院，拥有航空宇航科学与技术、力学、控制科学与工程等国家重点学科，工程学、材料科学、计算机科学等学科进入ESI全球前1%。南航在无人机、直升机、航空发动机等领域科研实力突出，参与多项国家重大工程，如C919大飞机、探月工程等。
该技术通过多色光深度编码与光场相机的创新结合，在流场测试领域实现了重大突破。系统采用光谱维度编码技术，将传统三维测量的硬件成本降低60%以上，同时通过计算成像算法将数据处理效率提升5倍，显著缩短了实验周期。在航空发动机燃烧诊断中，该系统成功实现了瞬态三维流场的全量化表征，单次试验即可获取传统层析技术需多次扫描的完整数据，使研发效率提升40%。其紧凑型设计已成功应用于多个国家级风洞实验室，累计节约设备投入超2000万元。技术的推广将推动国产高端测量仪器产业发展，并培养一批跨光学、流体力学与人工智能的复合型人才。
技术转让，许可，合作所需资金需双方协商，此项技术想尽快落地，希望具备此项技术研发的技术方，能够尽快承接此项目。
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