一種發動機噴霧流場近場區光學診斷系統的製作方法

2023-07-07 13:39:16 5

一種發動機噴霧流場近場區光學診斷系統的製作方法
【專利摘要】一種發動機噴霧流場近場區光學診斷系統，包括沿飛秒脈衝雷射入射方向放置的分光系統、復用系統、光克爾門選通成像系統以及比較成像系統；分光系統將入射飛秒脈衝雷射分成具有不同波長和偏振特徵，時間間隔可調的三束光脈衝，三束光脈衝通過復用系統分別記錄不同時刻噴霧流場近場區的信息，並經過光克爾門選通成像系統分別成像。利用光克爾門選通彈道光成像系統可以有效排除散射光的影響，提高成像信噪比；通過比較成像系統所記錄的三幅流場圖中單個粒子軌跡可計算粒子的速度和加速度信息。
【專利說明】一種發動機噴霧流場近場區光學診斷系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於超高速流場高分辨成像與測量領域，具體涉及一種發動機噴霧流場近場區光學診斷系統。
【背景技術】
[0002]在液體火箭發動機、汽油機、柴油機等內燃機中，噴注器對燃料進行霧化並與周圍的氧化劑混合，其霧化細度和混合均勻性直接影響到內燃機的燃燒性能。燃油的霧化過程和噴射特性受噴射壓力、燃油粘度、氣缸內壓力、溫度、氣流運動等外在因素以及噴油嘴結構、燃燒室形狀等內部結構因素的影響。通過研究燃料噴霧在燃燒室空間的液滴分布、速度分布、流場強度及混合比，可以了解其在燃燒室內的釋放程度和向燃燒室傳遞的熱流，對於發展新的燃燒理論和新一代發動機技術，具有重要意義。因此，發展可用於超高速射流場的觀測技術，可以加深對高速射流破裂霧化動力學過程的研究，為火箭發動機等引擎設計提供重要的實驗數據，具有重要的科學意義和應用價值。
[0003]相對於普通流場，火箭發動機等燃料噴霧超高速流場具有如下特點:(I)在近場區，射流湍流強度大、液滴密度最高；(2)燃燒屬於湍流燃燒，燃燒過程中存在高速、劇烈的氣流運動和各組分間的強烈的擴散運動。因此，火箭發動機等超高速噴霧流場近場區和高溫、高壓下內燃機燃燒過程的觀測中，常規流場測量方法如陰影法、數字全息法、LIF法等光學成像及診斷技術存在如下有待解決的問題:(I)在近場區，用於成像的光子大部分被濃密液滴散射，普通的流場光學觀測技術無法適用於此區域的診斷；(2)測量超高速流場中粒子運動速度及加速度時，成像系統的幀頻需要達到MHz或數十MHz量級，因此，提高成像系統的幀頻及保證幀頻可調是測量超高速噴霧場中液相和氣相界面之間擴散速度和加速度的關鍵，獲得這些數據是分析液核在外力作用下破裂過程的前提。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在於提供一種發動機噴霧流場近場區光學診斷系統，本發明能夠對超高速噴霧流場的近場區成像，同時還能實現超短幀間隔的彈道光成像，使彈道光成像技術的功能擴展至能夠測量超高速流場中粒子運動速度和加速度。
[0005]為了達到上述目的，本發明採用的技術方案是:包括沿飛秒脈衝雷射入射方向依次放置的分光系統、復用系統、光克爾門選通成像系統以及比較成像系統；復用系統包括寬帶分束鏡，寬帶分束鏡的反光路徑中依次設有第三雙色鏡、第三偏振分束稜鏡以及第五反射鏡，且發動機噴霧流場設於寬帶分束鏡與第三雙色鏡之間；寬帶分束鏡的透光路徑中依次設有寬帶反射鏡、第四雙色鏡、第四偏振分束稜鏡以及第六反射鏡；分光系統用於將飛秒脈衝雷射轉換成由倍頻光、水平偏振基頻光以及垂直偏振基頻光組成的具有納秒級時間間隔的脈衝串；復用系統用於使脈衝串中的倍頻光、水平偏振基頻光以及垂直偏振基頻光照射發動機噴霧流場同一位置以攜帶發動機噴霧流場形貌信息，並將倍頻光、水平偏振基頻光以及垂直偏振基頻光入射到光克爾門選通成像系統分別成像；比較成像系統用於比較光克爾門選通成像系統成像所得的三幅流場圖中單個粒子軌跡以計算單個粒子的速度和加
速度信息。
[0006]所述的脈衝串經寬帶分束鏡分成兩束光，一束光作為開關光束被寬帶反射鏡反射，被反射的開關光束中的倍頻光經第四雙色鏡反射後控制光克爾門選通成像系統中光克爾門的開啟和關閉；被反射的開關光束中的垂直偏振基頻光依次經第四雙色鏡透射、第四偏振分束稜鏡反射後控制光克爾門選通成像系統中光克爾門的開啟和關閉；被反射的開關光束中的水平偏振基頻光依次經第四雙色鏡透射、第四偏振分束稜鏡透射、第六反射鏡反射後控制光克爾門選通成像系統中光克爾門的開啟和關閉；另一束光作為探測光束從發動機噴霧流場透射以使探測光束中的彈道光子攜帶發動機噴霧流場形貌信息，探測光束中的倍頻光被第三雙色鏡反射後進入光克爾門選通成像系統進行成像；探測光束中的垂直偏振基頻光依次經第三雙色鏡透射、第三偏振分束稜鏡反射後進入光克爾門選通成像系統進行成像；探測光束中水平偏振基頻光依次經第三雙色鏡透射、第三偏振分束稜鏡透射、第五反射鏡反射後進入光克爾門選通成像系統進行成像。
[0007]所述的分光系統包括BBO倍頻晶體、第一、二雙色鏡，第一雙色鏡的反光路徑中依次設有第一光學延時器和第一反射鏡；第一雙色鏡的透光路徑中依次設有四分之一波片、第一偏振分束稜鏡、第二光學延時器以及第二偏振分束稜鏡；
[0008]飛秒脈衝雷射經BBO倍頻晶體產生基-倍頻混合光束，基-倍頻混合光束經第一雙色鏡分離後得到倍頻光和基頻光；基頻光經四分之一波片轉變成圓偏振光，再經第一偏振分束稜鏡透射和反射，反射後得到的垂直偏振基頻光被第二光學延時器延時；透射後得到的水平偏振基頻光以及被延時的垂直偏振基頻光被第二偏振分束稜鏡合束；倍頻光經第一光學延時器延時後被第一反射鏡反射，然後與合束的水平偏振基頻光和垂直偏振基頻光共同被第二雙色鏡合束成納秒時間間隔的脈衝串。
[0009]所述的第一、二光學延時器均採用結構相同的折返型光學延時器，折返型光學延時器包括平行放置在旋轉臺上的兩個條形反射鏡、由步進電機控制的第一光學延時線以及第七、八反射鏡；入射光進入其中一個條形反射鏡並在兩個條形反射鏡之間進行多次反射，然後經第七反射鏡反射、第一光學延時線延時、第八反射鏡反射後出射，兩個條形反射鏡的間距為3-20cm，旋轉臺與進入條形反射鏡的入射光垂直方向之間的夾角保持在5-45°。
[0010]所述的入射光在折返型光學延時器的光程均為30cm-7.5m。
[0011]所述的四分之一波片的光軸長軸方向與其入射光偏振方向夾角為45°。
[0012]所述的第一雙色鏡與四分之一波片之間設有用於反射基頻光的第二反射鏡，第二偏振分束稜鏡與第二雙色鏡之間依次設有用於反射水平偏振基頻光和垂直偏振基頻光的第三、四反射鏡。
[0013]所述的第一、二、三、四偏振分束稜鏡允許透射的偏振方向相同。
[0014]所述的光克爾門選通成像系統包括第一、二、三光克爾門以及第一、二、三CXD ;
[0015]第一光克爾門的開啟和關閉由開關光束中的倍頻光控制，探測光束中的倍頻光經第一光克爾門處理後在第一 (XD上成像；
[0016]第二光克爾門的開啟和關閉由開關光束中的垂直偏振基頻光控制，探測光束中的垂直偏振基頻光經第二光克爾門處理後在第二 CXD上成像；
[0017]第三光克爾門的開啟和關閉由開關光束中的水平偏振基頻光控制，探測光束中的水平偏振基頻光經第三光克爾門處理後在第三CXD上成像；
[0018]所述的比較成像系統用於比較第一、二、三C⑶成像所得到的三幅流場圖中單個粒子軌跡以計算單個粒子的速度和加速度信息。
[0019]所述的第一、二、三光克爾門的結構相同，且每個光克爾門包括沿探測光束方向依次放置的起偏器、第一聚焦透鏡、光克爾介質、檢偏器，沿開關光束依次放置的半波片、第九反射鏡、由步進電機控制的第二光學延時線、第十反射鏡、第二聚焦透鏡、第十一反射鏡；
[0020]探測光束依次經起偏器起偏、第一聚焦透鏡聚焦後入射到光克爾介質；開關光束依次經半波片起偏45°、第九反射鏡反射、第二光學延遲線延時、第十反射鏡反射、第二聚焦透鏡聚焦、第十一反射鏡反射後入射到光克爾介質，且入射到光克爾介質中的開關光束與入射到光克爾介質中的探測光束的光斑重合以使開關光束控制光克爾門的開啟和關閉；經過光克爾門後的探測光束轉變成僅攜帶著物體形貌信息的成像光束在CCD上成像。
[0021]與現有技術相比，本發明的有益效果在於:
[0022]本發明在沿飛秒脈衝雷射入射方向上依次設計了分光系統、復用系統、光克爾門選通成像系統以及比較成像系統。分光系統能夠將飛秒脈衝雷射分成具有不同波長和偏振特性、可調時間間隔的三束光脈衝(即由倍頻光、水平偏振基頻光以及垂直偏振混合基頻光組成的納秒時間間隔的脈衝串)，接著三束光脈衝通過復用系統分別記錄噴霧流場流場的形貌信息，並經過光克爾門選通成像系統分別成像。由於光克爾門選通成像系統可以提供亞皮秒量級的時間門，因此可以有效排除入射光經噴霧流場散射後所攜帶的散射光，同時選通彈道光，提高成像的信噪比。另外，由於三束光脈衝具有納秒時間間隔，因此，三束光脈衝能夠分別記錄了不同時刻噴霧流場的信息，且通過比較成像系統所記錄的三幅流場圖中單個粒子軌跡就可以計算出粒子的速度和加速度信息，因此，本發明通過超快光克爾門選通彈道光技術實現對超高速噴霧流場的近場區成像，利用波分復用結合偏振復用的多脈衝曝光技術，實現超短幀間隔的彈道光成像，使彈道光成像技術的功能擴展至能夠測量超高速流場中粒子運動速度和加速度。`
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1本發明系統結構圖；
[0024]圖2是本發明【具體實施方式】的結構原理示意圖；
[0025]圖3是本發明折返型光學延時器結構原理示意圖；
[0026]圖4是本發明光克爾門結構原理示意圖；
[0027]其中，1、BBO倍頻晶體,2、第一雙色鏡,3、第一折返型光學延時器,4、第一反射鏡，
5、第二反射鏡,6、四分之一波片,7、第一偏振分束稜鏡,8、第二折返型光學延時器,9、第二偏振分束稜鏡，10、第三反射鏡，11、第四反射鏡，12、第二雙色鏡，13、寬帶分束鏡，14、第三雙色鏡，15、第三偏振分束稜鏡，16、第五反射鏡，17、寬帶反射鏡，18、第四雙色鏡，19、第四偏振分束稜鏡，20、第六反射鏡，21、第一光克爾門，22第二光克爾門，23第三光克爾門，24、第一 (XD、25、第二 (XD，26、第三(XD，27、第一條形反射鏡，28、第二條形反射鏡，29、第一光學延時線，30、第七反射鏡，31、第八反射鏡，32、起偏器，33、光克爾介質，34、檢偏器，35、半波片，36、第二光學延時線,37、第九反射鏡,38、第十反射鏡,39、第^ 反射鏡，40、第一聚焦透鏡，41、第二聚焦透鏡，42、噴頭。【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明:
[0029]參見圖1-2，本發明超高速流場速度與加速度測量系統包括沿飛秒脈衝雷射入射方向依次放置的分光系統、復用系統、光克爾門選通成像系統以及比較成像系統；本發明分光系統、復用系統、光克爾門選通成像系統以及比較成像系統的所有光學部件均安裝在光學防震平臺上，各個部件的平面均垂直於防震臺平面。
[0030]分光系統用於將飛秒脈衝雷射轉換成由倍頻光、水平偏振基頻光以及垂直偏振混合基頻光組成的具有納秒級時間間隔的脈衝串；分光系統包括BBO倍頻晶體1、第一、二雙色鏡2，12，第一雙色鏡2的反光路徑中設有倍頻光延時部分，第一雙色鏡2的透光路徑中設有基頻光延時部分；且基頻光延時部分和倍頻光延時部分均設於第一、二雙色鏡2，12之間，倍頻光延時部分包括依次設於第一雙色鏡2反光路徑中的第一折返型光學延時器3和第一反射鏡4 ;基頻光延時部分包括設於第一雙色鏡2透光路徑中的第二反射鏡5、四分之一波片6、第一偏振分束稜鏡7、第二折返型光學延時器8、第二偏振分束稜鏡9、第三反射鏡10以及第四反射鏡11 ;本發明採用中心波長800nm、重複平率1kHz、水平偏振的飛秒脈衝雷射作為光源，飛秒脈衝雷射光源經BBO倍頻晶體I產生基-倍頻混合光束，基-倍頻混合光束經第一雙色鏡2分離後得到倍頻光和基頻光；基頻光經第二反射鏡5反射、四分之一波片6轉變成圓偏振光，然後通過第一偏振分束稜鏡7透射和反射以使圓偏振光分束，反射後得到的垂直偏振基頻光被第二折返型光學延時器8延時；透射後得到的水平偏振基頻光以及被延時的垂直偏振基頻光被第二偏振分束稜鏡9合束，再經過第三反射鏡10以及第四反射鏡11反射後進入第二雙色鏡12 ;倍頻光經第一折返型光學延時器3延時後被第一反射鏡4反射，然後與合束的水平偏振基頻光和垂直偏振基頻光共同被第二雙色鏡12合束成納秒時間間隔的脈衝串，該脈衝串的時間間隔可以通過第一、二折返型光學延時器3，8進行調節，四分之一波片6的光軸長軸方向與其入射光偏振方向夾角為45°。
[0031]參見圖3，第一、二折返型光學延時器3，8的結構相同包括固定在旋轉臺上的平行放置的第一條形反射鏡27和第二條形反射鏡28、由步進電機控制的第一光學延時線29、第七反射鏡30和第八反射鏡31組成；第一、二條形反射鏡27，28的間距在3-20cm之間可調，旋轉臺與第一條形反射鏡27或第二條形反射鏡的入射光垂直方向之間的夾角在5-45°之間可調，通過調整間距和夾角可控制入射光在反射鏡對之間的反射次數和光程，進而保證第一、二折返型光學延時器的光程均為30cm_7.5m之間可調。入射光進入第一條形反射鏡27或第二條形反射鏡28，並在第一條形反射鏡27和第二條形反射鏡28之間進行多次反射，然後經第七反射鏡30反射、第一光學延時線29延時、第八反射鏡31反射後出射。若第一折返型光學延時器3工作時,倍頻光經第八反射鏡31反射後進入第二雙色鏡12 ;若第二折返型光學延時器8工作時，垂直偏振基頻光經第八反射鏡31反射後進入第二偏振分束鏡9。
[0032]復用系統用於使脈衝串中的倍頻光、水平偏振基頻光以及垂直偏振基頻光照射發動機噴霧流場同一位置以攜帶發動機噴霧流場形貌信息，並將倍頻光、水平偏振基頻光以及垂直偏振基頻光入射到光克爾門選通成像系統分別成像；復用系統包括設於脈衝串入口處的寬帶分束鏡13，寬帶分束鏡13的反光路徑中依次設有第三雙色鏡14、第三偏振分束稜鏡15、第五反射鏡16，且發動機噴霧流場設於寬帶分束鏡13與第三雙色鏡14之間，發動機噴霧流場能夠使探測光束通過時攜帶發動機噴霧流場圖像信息，發動機噴霧流場由噴嘴42噴射形成；寬帶分束鏡13的透光路徑中依次設有寬帶反射鏡17、第四雙色鏡18、第四偏振分束稜鏡19以及第六反射鏡20 ;光克爾門選通成像系統包括第一、二、三光克爾門21，22，23 以及第一、二、三 CCD24，25，26。
[0033]分光系統所形成的脈衝串經過寬帶分束片13分成兩束，一束作為開關光束被寬帶反射鏡17反射，被反射的開關光束中的倍頻光經第四雙色鏡18反射後控制第一光克爾門21的開啟和關閉；被反射的開關光束中的垂直偏振基頻光依次經第四雙色鏡18透射、第四偏振分束稜鏡19反射後控制第二光克爾門22的開啟和關閉；被反射的開關光束中的水平偏振基頻光依次經第四雙色鏡18透射、第四偏振分束稜鏡19透射、第六反射鏡20反射後控制第三光克爾門23的開啟和關閉；另一束光作為探測光束照射由噴頭42噴射形成的發動機噴霧流場以使透射後的探測光束中彈道光子攜帶發動機噴霧流場形貌信息，探測光束中的倍頻光被第三雙色鏡14反射後由第一光克爾門21進行處理，然後在第一 (XD24上成像；探測光束中垂直偏振基頻光依次經第三雙色鏡14透射、第三偏振分束稜鏡15反射後由第二光克爾門22進行處理，然後在第二 CCD25上成像；探測光束中水平偏振基頻光依次經第三雙色鏡14透射、第三偏振分束稜鏡15透射、第五反射鏡16反射後由第三光克爾門23進行處理，然後在第三(XD26上成像；其中，第一、二、三、四偏振分束稜鏡7，9，15，19允許透射的偏振方向相同。
[0034]參見圖4， 第一、二、三光克爾門21，22，23的結構相同，每個光克爾門包括沿探測光束方向依次放置的起偏器32、第一聚焦透鏡40、光克爾介質33和檢偏器34,沿開關光束依次放置的半波片35、第九反射鏡37、由步進電機控制的第二光學延時線36、第十反射鏡38、第二聚焦透鏡41、第十一反射鏡39。
[0035]攜帶流場形貌信息的探測光束依次經過起偏器32起偏、第一聚焦透鏡40聚焦入射到光克爾介質33內部，然後通過位於其後的檢偏器34。開關光束依次經過半波片35起偏45°、第九反射鏡37反射、第二光學延遲線36延時，然後經第十反射鏡38反射，第二聚焦透鏡41聚焦、第十一反射鏡39反射後入射到光克爾介質33，並與入射到光克爾介質中的探測光束光斑重合以使開關光束控制光克爾門的開啟和關閉。通過調整第二光學延遲線36可控制開關光束與探測光束的光程差，使光克爾門在探測光束中的彈道光脈衝通過時開啟，在彈道光通過後立即關閉以阻止散射光通過。經過光克爾門的探測光束轉變成僅攜帶著物體形貌信息的成像光束通過檢偏器34並在每個光克爾門後對應的CCD上成像。
[0036]當工作的光克爾門為第一光克爾門21時，攜帶流場圖像信息的探測光束為倍頻光，對應的CCD為第一 CCD24 ;當工作的光克爾門為第二光克爾門22時，攜帶流場圖像信息的探測光束為垂直偏振基頻光，對應的CCD為第二 CCD25 ;當工作的光克爾門為第三光克爾們23時，攜帶流場圖像信息的探測光束為水平偏振基頻光，對應的CCD為第三CCD26 ；
[0037]本發明針對火箭發動機噴霧等高速流場近場區測量中的困難，在傳統光克爾門選通彈道光成像技術的基礎上，提出一種基于波分復用和偏振復用技術的單脈衝、高幀頻、多幀成像技術，適用於超高速流場測量的光克爾門選通彈道光成像技術，並使該技術的功能擴展到能夠測量超高速流場中的粒子速度和加速度。由於分光系統產生的脈衝串(三束光脈衝)是由倍頻光、水平偏振基頻光以及垂直偏振混合基頻光組成的，且具有納秒時間間隔；因此，分光系統產生的脈衝串中倍頻光、水平偏振基頻光以及垂直偏振基頻光入射到復用系統的時間不同，從而使得三路探測光攜帶了不同時刻流場的形貌信息。三束攜帶了不同時刻流場的形貌信息的光脈衝分別經過光克爾門成像系統對其進行光克爾門選通彈道光成像，能夠獲得不同時刻的流場中粒子分布圖像；同時通過比較三幅流場圖中單個粒子軌跡計算出粒子的速度和加速度信息。
【權利要求】
1.一種發動機噴霧流場近場區光學診斷系統，其特徵在於:包括沿飛秒脈衝雷射入射方向依次放置的分光系統、復用系統、光克爾門選通成像系統以及比較成像系統；復用系統包括寬帶分束鏡(13)，寬帶分束鏡(13)的反光路徑中依次設有第三雙色鏡(14)、第三偏振分束稜鏡(15)以及第五反射鏡(16)，且發動機噴霧流場設於寬帶分束鏡(13)與第三雙色鏡(14)之間；寬帶分束鏡(13)的透光路徑中依次設有寬帶反射鏡(17)、第四雙色鏡(18)、第四偏振分束稜鏡(19)以及第六反射鏡(20);分光系統用於將飛秒脈衝雷射轉換成由倍頻光、水平偏振基頻光以及垂直偏振基頻光組成的具有納秒級時間間隔的脈衝串；復用系統用於使脈衝串中的倍頻光、水平偏振基頻光以及垂直偏振基頻光照射發動機噴霧流場同一位置以攜帶發動機噴霧流場形貌信息，並將倍頻光、水平偏振基頻光以及垂直偏振基頻光入射到光克爾門選通成像系統分別成像；比較成像系統用於比較光克爾門選通成像系統成像所得的三幅流場圖中單個粒子軌跡以計算單個粒子的速度和加速度信息。
2.根據權利要求1所述的發動機噴霧流場近場區光學診斷系統，其特徵在於:所述的脈衝串經寬帶分束鏡(13)分成兩束光，一束光作為開關光束被寬帶反射鏡(17)反射，被反射的開關光束中的倍頻光經第四雙色鏡(18)反射後控制光克爾門選通成像系統中光克爾門的開啟和關閉；被反射的開關光束中的垂直偏振基頻光依次經第四雙色鏡(18)透射、第四偏振分束稜鏡(19)反射後控制光克爾門選通成像系統中光克爾門的開啟和關閉；被反射的開關光束中的水平偏振基頻光依次經第四雙色鏡(18)透射、第四偏振分束稜鏡(19)透射、第六反射鏡(20)反射後控制光克爾門選通成像系統的中光克爾門的開啟和關閉；另一束光作為探測光束從發動機噴霧流場透射以使探測光束中的彈道光子攜帶發動機噴霧流場形貌信息，探測光束中的倍頻光被第三雙色鏡(14)反射後進入光克爾門選通成像系統進行成像；探測光束中的垂直偏振基頻光依次經第三雙色鏡(14)透射、第三偏振分束稜鏡(15)反射後進入光克爾門選通成像系統進行成像；探測光束中水平偏振基頻光依次經第三雙色鏡(14)透射、第三偏振分束稜鏡(15)透射、第五反射鏡(16)反射後進入光克爾門選通成像系統進行成像。
3.根據權利要求1所述的發動機噴霧流場近場區光學診斷系統，其特徵在於:所述的分光系統包括BBO倍頻晶體(1)、第一、二雙色鏡(2，12 )，第一雙色鏡(2 )的反光路徑中依次設有第一光學延時器和第一反射鏡(4);第一雙色鏡(2)的透光路徑中依次設有四分之一波片(6)、第一偏振分束稜鏡(7)、第二光學延時器以及第二偏振分束稜鏡(9)； 飛秒脈衝雷射經BBO倍頻晶體(1)產生基-倍頻混合光束，基-倍頻混合光束經第一雙色鏡(2)分離後得到倍頻光和基頻光；基頻光經四分之一波片(6)轉變成圓偏振光，再經第一偏振分束稜鏡(7)透射和反射，反射後得到的垂直偏振基頻光被第二光學延時器延時；透射後得到的水平偏振基頻光以及被延時的垂直偏振基頻光被第二偏振分束稜鏡(9)合束；倍頻光經第一光學延時器延時後被第一反射鏡(4)反射,然後與合束的水平偏振基頻光和垂直偏振基頻光共同被第二雙色鏡(12)合束成納秒時間間隔的脈衝串。
4.根據權利要求3所述的發動機噴霧流場近場區光學診斷系統，其特徵在於:所述的第一、二光學延時器均採用結構相同的折返型光學延時器，折返型光學延時器包括平行放置在旋轉臺上的兩個條形反射鏡、由步進電機控制的第一光學延時線(29)以及第七、八反射鏡(30，31);入射光進入其中一個條形反射鏡並在兩個條形反射鏡之間進行多次反射，然後經第七反射鏡(30)反射 、第一光學延時線(29)延時、第八反射鏡(31)反射後出射，兩個條形反射鏡的間距為3-20cm，旋轉臺與進入條形反射鏡的入射光垂直方向之間的夾角保持在 5-45。。
5.根據權利要求4所述的發動機噴霧流場近場區光學診斷系統，其特徵在於:所述的入射光在折返型光學延時器的光程均為30cm_7.5m。
6.根據權利要求3所述的發動機噴霧流場近場區光學診斷系統，其特徵在於:所述的四分之一波片(6)的光軸長軸方向與其入射光偏振方向夾角為45°。
7.根據權利要求3所述的發動機噴霧流場近場區光學診斷系統，其特徵在於:所述的第一雙色鏡(2)與四分之一波片(6)之間設有用於反射基頻光的第二反射鏡(5),第二偏振分束稜鏡(9)與第二雙色鏡(12)之間依次設有用於反射水平偏振基頻光和垂直偏振基頻光的第三、四反射鏡(10，11)。
8.根據權利要求3所述的發動機噴霧流場近場區光學診斷系統，其特徵在於:所述的第一、二、三、四偏振分束稜鏡(7,9,15,19)透射的偏振方向相同。
9.根據權利要求1所述的發動機噴霧流場近場區光學診斷系統，其特徵在於:所述的光克爾門選通成像系統包括第一、二、三光克爾門(21，22，23)以及第一、二、三CXD (24，25，26)； 第一光克爾門(21)的開啟和關閉由開關光束中的倍頻光控制，探測光束中的倍頻光經第一光克爾門(21)處理後在第一 CXD (24)上成像； 第二光克爾門(22)的開啟和關閉由開關光束中的垂直偏振基頻光控制，探測光束中的垂直偏振基頻光經第二光克爾門(22)處理後在第二 CXD (25)上成像； 第三光克爾門(23)的開啟和關閉由開關光束中的水平偏振基頻光控制，探測光束中的水平偏振基頻光經第三光克爾門(23)處理後在第三CXD (26)上成像； 所述的比較成像系統用於比較第一、二、三CXD (24，25，26)成像所得到的三幅流場圖中單個粒子軌跡以計算單個粒子的速度和加速度信息。
10.根據權利要求9所述的發動機噴霧流場近場區光學診斷方法，其特徵在於:所述的第一、二、三光克爾門(21，22，23)的結構相同，且每個光克爾門包括沿探測光束方向依次放置的起偏器(32)、第一聚焦透鏡(40)、光克爾介質(33)、檢偏器(34)，沿開關光束依次放置的半波片(35)、第九反射鏡(37)、由步進電機控制的第二光學延時線(36)、第十反射鏡(38)、第二聚焦透鏡(41)、第^^一反射鏡(39)； 探測光束依次經起偏器(32)起偏、第一聚焦透鏡(40)聚焦後入射到光克爾介質(33);開關光束依次經半波片(35)起偏45°、第九反射鏡(37)反射、第二光學延遲線(36)延時、第十反射鏡(38)反射、第二聚焦透鏡(41)聚焦、第十一反射鏡(39)反射後入射到光克爾介質(33)，且入射到光克爾介質(33)中的開關光束與入射到光克爾介質(33)中的探測光束的光斑重合以使開關光束控制光克爾門的開啟和關閉；經過光克爾門後的探測光束轉變成僅攜帶著物體形貌信息的成像光束在CCD上成像。
【文檔編號】G01M10/00GK103712771SQ201310647624
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月4日 優先權日:2013年12月4日
【發明者】閆理賀, 司金海, 譚文疆, 陳濤, 陳烽, 侯洵 申請人:西安交通大學