瞬態流場高速、多幅幹涉測試儀的製作方法

2023-04-25 05:23:36 2

專利名稱:瞬態流場高速、多幅幹涉測試儀的製作方法
本發明是一種利用光的幹涉現象進行精密測試的儀器，特別是一種瞬態流場的高速、多幅幹涉測試儀。
現有用於瞬態流場測試的儀器有高速攝影機、陰影幹涉儀、紋影幹涉儀、動態全息幹涉儀及光譜與輻射光度計。高速攝影機能對瞬態流場進行多幅取樣，但只能攝取流場形象，不能定量計算流場參數。陰影、紋影幹涉儀能顯示流場的激波結構，但難於計算流場的熱力學參數。幹涉法(如利用馬赫幹涉儀)能定量計算流場參數，但難於用到強振動的真實瞬態流場(如燃燒、爆炸、高速噴流)環境，且每次取樣幅數少。動態全息幹涉儀由於採用雙脈衝紅寶石雷射器，所以對同一瞬態流場記錄的全息幹涉圖幅數只能為一幅，雖有序列脈衝紅寶石雷射器，但因其不是輸出成對的序列脈衝雷射，也只能記錄序列單次曝光的全息圖，得不到序列全息幹涉圖。光譜與輻射光度計能測流場溫度、密度，但不能顯示全場的流場結構。因此現有的技術尚未解決對瞬態流場進行高速、多幅、三維取樣。
本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種能對同一瞬態流場的全過程進行高速、多幅取樣，尤其是全場、三維定量測量的儀器。
本發明是這樣實現的它包括等厚型F-P幹涉儀，其特性是採用連續輸出雷射器，脈衝調製器、聲光調製點陣記錄裝置或鼓輪轉動式記錄裝置。
由連續輸出雷射器輸出的相干性優良的連續雷射，經脈衝調製器調製成脈衝寬度、脈衝間隔可調，且脈衝個數可控的序列脈衝雷射。採用此裝置，可使輸出的雷射脈衝個數大大多於紅寶石雷射器輸出的雷射脈衝個數，且每個脈衝寬度、脈衝間隔可大幅度調節，以便不同場合選用。脈衝雷射經擴束後到達等厚型F-P幹涉儀，而待測場就位於F-P幹涉儀的兩鏡片間。現有的技術就對F-P幹涉儀出射的多光束幹涉圖樣進行記錄，故到達記錄介質的圖樣能量密度不高，本發明對F-P幹涉儀出射的大口徑光束進行縮束，可大大地提高縮束後圖樣的能量密度，便於高速記錄，對普通21DIN膠捲的曝光時間可短至10-7秒數量級。再對縮束後的幹涉圖樣採用聲光調製點陣記錄或等待型鼓輪轉動式記錄系統進行記錄，可使記錄的幹涉場圖樣達幾十幅，以完成高速、多幅之功能。對二維待測場的結果可採用一路或二路同步光學系統，如進行三維測量，則需採用二路或三路相同光路的同步光學系統。
本發明與現有技術相比，其特點是具有高速、多幅之功能。在不同場合下，對同一瞬態或連續流場的全過程能進行高速、多幅取樣及全場、三維精密測量，有特殊效果。
本發明的具體技術解決方案由下列實施例及其附圖給出。
圖1為本發明實施例1利用聲光調製點陣記錄裝置的原理圖。
圖2為本發明實施例2利用等待型鼓輪轉動式記錄裝置的原理圖。
下面結合附圖詳細說明依據本發明提出的具體裝置的細節及工作情況。
參照圖1所示採用聲光調製點陣記錄裝置的光路系統。公用的相干性優良的連續輸出雷射器(1)輸出的雷射由空間濾波器(34)濾波，經脈衝調製器調製為脈衝寬度，脈衝間隔可調的序列脈衝雷射。這裡的脈衝調製器由電光晶體(2)和控制電源(3)組成。控制電源(3)由程序控制信號發生電路、脈衝信號發生電路、脈衝高壓放大電路組成。連續雷射經脈衝調製器後即成為脈衝寬度、脈衝間隔和脈衝個數均可調節的序列脈衝雷射。該雷射束經分光鏡(4)後，30%的光能透射，經擴束鏡(5)與準直鏡(6)組成的擴束系統，以大口徑平面波出射到達大口徑等厚型F-P幹涉儀前鏡(7)。這裡的大口徑等厚型F-P幹涉儀由前鏡(7)和後鏡(9)組成，二鏡均為大口徑的50%透射的平行平面鏡。待測場(8)置於F-P幹涉儀二鏡之間。由於涉儀後鏡(9)出射的大口徑平面波經聚焦透鏡(10)和準直透鏡(11)組成的縮束系統縮為1毫米左右的細束平面波，進入聲光晶體(12)，聲光晶體(12)在控制電源(33)的控制下，使入射光發生偏折，進行掃描，因而在記錄介質(13)上進行點陣記錄，即可得到沿該方向的等厚型F-P幹涉條紋。經分光鏡(4)反射的光束又經分光鏡(14)分為二束，其中40%光能反射，經擴束鏡(17)和準直鏡(18)組成的擴束系統出射的大口徑平行光，經另一組等厚型F-P幹涉儀(19)、(20)，再經透鏡(21)、(22)組成的縮束系統後成為直徑為1毫米左右的細束平面波。同樣由另一聲光晶體(23)偏轉，在記錄介質(24)上進行點陣記錄。由元件(17)、(18)、(19)、(20)、(21)、(22)、(23)、(24)決定的光軸與元件(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、(11)、(12)、(13)決定的光軸之夾角為45°。同樣，由分光鏡(14)透射並經轉向稜鏡(15)、(16)轉向的光束，由元件(25)、(26)、(27)、(28)、(29)、(30)、(31)、(32)組成系統性能，與元件(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、(11)、(12)、(13)組成的系統性能相同，且兩光軸之間夾角為90°。由上述三路相同的系統可得到待測場三方向的幹涉條紋，對該三組幹涉條紋進行分析計算即可得待測場三維空間任一點的參量。這裡的三路聲光晶體均由同一控制電源(33)控制，且均從同一起點出發進行掃描，形成同步點陣記錄。
參照圖2所示的採用等待型鼓輪轉動式記錄裝置的光路系統與圖1大致相同。以元件(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)決定的光路為例說明。圖1中雷射束由等厚型F-P幹涉儀出射後，經聚焦鏡(10)和準直鏡(11)組成的縮束系統，縮束到直徑為1毫米左右的平行光束。圖2所不同的是由元件(9)出射的大口徑平行光束，經聚焦透鏡(10)聚焦後，在其後焦點附近採用等待型鼓輪轉動式記錄裝置(35)上的記錄介質進行記錄，而省略了元件(11)、(12)、(13)。同理，在另二條相同的光路中，分別增加了等待型鼓輪轉動式記錄裝置(36)、(37)。這裡的等待型鼓輪轉動式記錄裝置(35)、(36)、(37)的轉速利用變速電機控制與脈衝調製器所調製的脈衝雷射的脈衝寬度、脈衝間隔一致，以使固定在記錄裝置上的記錄介質所記錄的圖像，兩兩之間既不重合，又不分離太開。
圖1所示光路使用時，先打開雷射器(1)，調整各光路至等厚型F-P幹涉儀後鏡(圖1中各光路上分別為(9)、(20)、(28))出射平行等厚條紋(或零場)，等厚條紋之間間距的確定，須根據待測場的性質大致決定，並使該平行光束縮束後進入聲光晶體。然後，打開脈衝調製器，根據待測場的需要決定脈衝寬度與脈衝間隔。在啟動待測場(8)同時同步啟動同步點陣記錄裝置的控制電源(33)，這樣，待測瞬態流場啟動直至結束，均可在記錄介質(13)、(24)、(32)上記錄下點陣圖像。
圖2所示的光路使用基本步驟同上，但調整後，應使各光路經聚焦透鏡(各光路中分別為(10)、(21)、(29))聚焦後，焦點在記錄裝置(圖2各光路中分別為(35)、(36)、(37))中的記錄介質附近，以記錄下各光路中的幹涉點像。然後啟動等待型鼓輪轉動式記錄裝置(35)、(36)、(37)，同時同步啟動脈衝調製器和瞬態流場，即可記錄下待測場圖象。
本發明適用於對氣動力學的流場顯示、流譜、氣動力學參數、熱力學參數的測量，對兵器工程、航天工程等瞬態燃燒、爆炸過程參數的測量，對能源工程、等離子體場以及其它瞬態進行多幅三維的參數測量。
權利要求
1.一種利用光的幹涉現象進行精密測試的儀器，特別是一種瞬態流場的高速、多幅幹涉測試儀，它包括等厚型F-P幹涉儀，其特徵是採用連續輸出雷射器、脈衝調製器、聲光調製點陣記錄裝置或鼓輪轉動式記錄裝置。
2.根據權利要求
1所述的幹涉測試儀，其特徵是脈衝調製器，由程序控制信號發生電路、脈衝信號發生電路、脈衝高壓放大電路串聯，並與電光晶體(2)連接。
3.根據權利要求
1所述的幹涉測試儀，其特徵是聲光調製點陣記錄裝置可採用一路、二路或三路點陣記錄裝置。
4.根據權利要求
1或3所述的幹涉測試儀，其特徵是聲光調製點陣記錄裝置當採用二路或三路點陣記錄裝置時，其為同步控制。
5.根據權利要求
1所述的幹涉測試儀，其特徵是鼓輪轉動式記錄裝置(35)、(36)、(37)的電機為變速電機。
6.根據權利要求
1所述的幹涉測試儀，其特徵是等厚型F-P幹涉儀的光路是分別在F-P後鏡(9)、(20)、(28)與聲光晶體(12)、(23)、(31)之間，各串接一個縮束系統(10)和(11)、(21)和(22)、(29)和(30)，或分別在F-P後鏡(9)、(20)、(28)與鼓輪轉動式記錄裝置(35)、(36)、(37)之間各加一個聚焦透鏡(10)、(21)、(29)。
專利摘要
一種瞬態流場高速、多幅幹涉測試儀，屬光學測試儀器。它包括等厚型F-P幹涉儀，其特徵是採用連續輸出雷射器、脈衝調製器及聲光調製點陣或鼓輪轉動式記錄裝置。本發明具有高速、多幅之功能，對同一瞬態或連續流場的全過程，能進行高速、多幅取樣，尤其是對全場、三維精密測量，具有特殊效果。適於不同場合選用，並適於強振動的真實瞬態流場。用於氣動力學、熱力學、等離子體和兵器、航天、能源等工程以及其它有關參數測量。
文檔編號G01J9/00GK86103975SQ86103975
公開日1987年12月9日 申請日期1986年5月30日
發明者賀安之, 閻大鵬, 倪曉武 申請人:華東工學院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan