CN103712771A - 一种发动机喷雾流场近场区光学诊断系统 - Google Patents

Abstract

一种发动机喷雾流场近场区光学诊断系统，包括沿飞秒脉冲激光入射方向放置的分光系统、复用系统、光克尔门选通成像系统以及比较成像系统；分光系统将入射飞秒脉冲激光分成具有不同波长和偏振特征，时间间隔可调的三束光脉冲，三束光脉冲通过复用系统分别记录不同时刻喷雾流场近场区的信息，并经过光克尔门选通成像系统分别成像。利用光克尔门选通弹道光成像系统可以有效排除散射光的影响，提高成像信噪比；通过比较成像系统所记录的三幅流场图中单个粒子轨迹可计算粒子的速度和加速度信息。

Description

一种发动机喷雾流场近场区光学诊断系统

技术领域

本发明属于超高速流场高分辨成像与测量领域，具体涉及一种发动机喷雾流场近场区光学诊断系统。

背景技术

在液体火箭发动机、汽油机、柴油机等内燃机中，喷注器对燃料进行雾化并与周围的氧化剂混合，其雾化细度和混合均匀性直接影响到内燃机的燃烧性能。燃油的雾化过程和喷射特性受喷射压力、燃油粘度、气缸内压力、温度、气流运动等外在因素以及喷油嘴结构、燃烧室形状等内部结构因素的影响。通过研究燃料喷雾在燃烧室空间的液滴分布、速度分布、流场强度及混合比，可以了解其在燃烧室内的释放程度和向燃烧室传递的热流，对于发展新的燃烧理论和新一代发动机技术，具有重要意义。因此，发展可用于超高速射流场的观测技术，可以加深对高速射流破裂雾化动力学过程的研究，为火箭发动机等引擎设计提供重要的实验数据，具有重要的科学意义和应用价值。

相对于普通流场，火箭发动机等燃料喷雾超高速流场具有如下特点：（1）在近场区，射流湍流强度大、液滴密度最高；（2）燃烧属于湍流燃烧，燃烧过程中存在高速、剧烈的气流运动和各组分间的强烈的扩散运动。因此，火箭发动机等超高速喷雾流场近场区和高温、高压下内燃机燃烧过程的观测中，常规流场测量方法如阴影法、数字全息法、LIF法等光学成像及诊断技术存在如下有待解决的问题：（1）在近场区，用于成像的光子大部分被浓密液滴散射，普通的流场光学观测技术无法适用于此区域的诊断；（2）测量超高速流场中粒子运动速度及加速度时，成像系统的帧频需要达到MHz或数十MHz量级，因此，提高成像系统的帧频及保证帧频可调是测量超高速喷雾场中液相和气相界面之间扩散速度和加速度的关键，获得这些数据是分析液核在外力作用下破裂过程的前提。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发动机喷雾流场近场区光学诊断系统，本发明能够对超高速喷雾流场的近场区成像，同时还能实现超短帧间隔的弹道光成像，使弹道光成像技术的功能扩展至能够测量超高速流场中粒子运动速度和加速度。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括沿飞秒脉冲激光入射方向依次放置的分光系统、复用系统、光克尔门选通成像系统以及比较成像系统；复用系统包括宽带分束镜，宽带分束镜的反光路径中依次设有第三双色镜、第三偏振分束棱镜以及第五反射镜，且发动机喷雾流场设于宽带分束镜与第三双色镜之间；宽带分束镜的透光路径中依次设有宽带反射镜、第四双色镜、第四偏振分束棱镜以及第六反射镜；分光系统用于将飞秒脉冲激光转换成由倍频光、水平偏振基频光以及垂直偏振基频光组成的具有纳秒级时间间隔的脉冲串；复用系统用于使脉冲串中的倍频光、水平偏振基频光以及垂直偏振基频光照射发动机喷雾流场同一位置以携带发动机喷雾流场形貌信息，并将倍频光、水平偏振基频光以及垂直偏振基频光入射到光克尔门选通成像系统分别成像；比较成像系统用于比较光克尔门选通成像系统成像所得的三幅流场图中单个粒子轨迹以计算单个粒子的速度和加速度信息。

所述的脉冲串经宽带分束镜分成两束光，一束光作为开关光束被宽带反射镜反射，被反射的开关光束中的倍频光经第四双色镜反射后控制光克尔门选通成像系统中光克尔门的开启和关闭；被反射的开关光束中的垂直偏振基频光依次经第四双色镜透射、第四偏振分束棱镜反射后控制光克尔门选通成像系统中光克尔门的开启和关闭；被反射的开关光束中的水平偏振基频光依次经第四双色镜透射、第四偏振分束棱镜透射、第六反射镜反射后控制光克尔门选通成像系统中光克尔门的开启和关闭；另一束光作为探测光束从发动机喷雾流场透射以使探测光束中的弹道光子携带发动机喷雾流场形貌信息，探测光束中的倍频光被第三双色镜反射后进入光克尔门选通成像系统进行成像；探测光束中的垂直偏振基频光依次经第三双色镜透射、第三偏振分束棱镜反射后进入光克尔门选通成像系统进行成像；探测光束中水平偏振基频光依次经第三双色镜透射、第三偏振分束棱镜透射、第五反射镜反射后进入光克尔门选通成像系统进行成像。

所述的分光系统包括BBO倍频晶体、第一、二双色镜，第一双色镜的反光路径中依次设有第一光学延时器和第一反射镜；第一双色镜的透光路径中依次设有四分之一波片、第一偏振分束棱镜、第二光学延时器以及第二偏振分束棱镜；

飞秒脉冲激光经BBO倍频晶体产生基-倍频混合光束，基-倍频混合光束经第一双色镜分离后得到倍频光和基频光；基频光经四分之一波片转变成圆偏振光，再经第一偏振分束棱镜透射和反射，反射后得到的垂直偏振基频光被第二光学延时器延时；透射后得到的水平偏振基频光以及被延时的垂直偏振基频光被第二偏振分束棱镜合束；倍频光经第一光学延时器延时后被第一反射镜反射，然后与合束的水平偏振基频光和垂直偏振基频光共同被第二双色镜合束成纳秒时间间隔的脉冲串。

所述的第一、二光学延时器均采用结构相同的折返型光学延时器，折返型光学延时器包括平行放置在旋转台上的两个条形反射镜、由步进电机控制的第一光学延时线以及第七、八反射镜；入射光进入其中一个条形反射镜并在两个条形反射镜之间进行多次反射，然后经第七反射镜反射、第一光学延时线延时、第八反射镜反射后出射，两个条形反射镜的间距为3-20cm，旋转台与进入条形反射镜的入射光垂直方向之间的夹角保持在5-45°。

所述的入射光在折返型光学延时器的光程均为30cm-7.5m。

所述的四分之一波片的光轴长轴方向与其入射光偏振方向夹角为45°。

所述的第一双色镜与四分之一波片之间设有用于反射基频光的第二反射镜，第二偏振分束棱镜与第二双色镜之间依次设有用于反射水平偏振基频光和垂直偏振基频光的第三、四反射镜。

所述的第一、二、三、四偏振分束棱镜允许透射的偏振方向相同。

所述的光克尔门选通成像系统包括第一、二、三光克尔门以及第一、二、三CCD；

第一光克尔门的开启和关闭由开关光束中的倍频光控制，探测光束中的倍频光经第一光克尔门处理后在第一CCD上成像；

第二光克尔门的开启和关闭由开关光束中的垂直偏振基频光控制，探测光束中的垂直偏振基频光经第二光克尔门处理后在第二CCD上成像；

第三光克尔门的开启和关闭由开关光束中的水平偏振基频光控制，探测光束中的水平偏振基频光经第三光克尔门处理后在第三CCD上成像；

所述的比较成像系统用于比较第一、二、三CCD成像所得到的三幅流场图中单个粒子轨迹以计算单个粒子的速度和加速度信息。

所述的第一、二、三光克尔门的结构相同，且每个光克尔门包括沿探测光束方向依次放置的起偏器、第一聚焦透镜、光克尔介质、检偏器，沿开关光束依次放置的半波片、第九反射镜、由步进电机控制的第二光学延时线、第十反射镜、第二聚焦透镜、第十一反射镜；

探测光束依次经起偏器起偏、第一聚焦透镜聚焦后入射到光克尔介质；开关光束依次经半波片起偏45°、第九反射镜反射、第二光学延迟线延时、第十反射镜反射、第二聚焦透镜聚焦、第十一反射镜反射后入射到光克尔介质，且入射到光克尔介质中的开关光束与入射到光克尔介质中的探测光束的光斑重合以使开关光束控制光克尔门的开启和关闭；经过光克尔门后的探测光束转变成仅携带着物体形貌信息的成像光束在CCD上成像。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明在沿飞秒脉冲激光入射方向上依次设计了分光系统、复用系统、光克尔门选通成像系统以及比较成像系统。分光系统能够将飞秒脉冲激光分成具有不同波长和偏振特性、可调时间间隔的三束光脉冲（即由倍频光、水平偏振基频光以及垂直偏振混合基频光组成的纳秒时间间隔的脉冲串），接着三束光脉冲通过复用系统分别记录喷雾流场流场的形貌信息，并经过光克尔门选通成像系统分别成像。由于光克尔门选通成像系统可以提供亚皮秒量级的时间门，因此可以有效排除入射光经喷雾流场散射后所携带的散射光，同时选通弹道光，提高成像的信噪比。另外，由于三束光脉冲具有纳秒时间间隔，因此，三束光脉冲能够分别记录了不同时刻喷雾流场的信息，且通过比较成像系统所记录的三幅流场图中单个粒子轨迹就可以计算出粒子的速度和加速度信息，因此，本发明通过超快光克尔门选通弹道光技术实现对超高速喷雾流场的近场区成像，利用波分复用结合偏振复用的多脉冲曝光技术，实现超短帧间隔的弹道光成像，使弹道光成像技术的功能扩展至能够测量超高速流场中粒子运动速度和加速度。

附图说明

图1本发明系统结构图；

图2是本发明具体实施方式的结构原理示意图；

图3是本发明折返型光学延时器结构原理示意图；

图4是本发明光克尔门结构原理示意图；

其中，1、BBO倍频晶体，2、第一双色镜，3、第一折返型光学延时器，4、第一反射镜，5、第二反射镜，6、四分之一波片，7、第一偏振分束棱镜，8、第二折返型光学延时器，9、第二偏振分束棱镜，10、第三反射镜，11、第四反射镜，12、第二双色镜，13、宽带分束镜，14、第三双色镜，15、第三偏振分束棱镜，16、第五反射镜，17、宽带反射镜，18、第四双色镜，19、第四偏振分束棱镜，20、第六反射镜，21、第一光克尔门，22第二光克尔门，23第三光克尔门，24、第一CCD、25、第二CCD，26、第三CCD，27、第一条形反射镜，28、第二条形反射镜，29、第一光学延时线，30、第七反射镜，31、第八反射镜，32、起偏器，33、光克尔介质，34、检偏器，35、半波片，36、第二光学延时线，37、第九反射镜，38、第十反射镜，39、第十一反射镜，40、第一聚焦透镜，41、第二聚焦透镜，42、喷头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明：

参见图1-2，本发明超高速流场速度与加速度测量系统包括沿飞秒脉冲激光入射方向依次放置的分光系统、复用系统、光克尔门选通成像系统以及比较成像系统；本发明分光系统、复用系统、光克尔门选通成像系统以及比较成像系统的所有光学部件均安装在光学防震平台上，各个部件的平面均垂直于防震台平面。

分光系统用于将飞秒脉冲激光转换成由倍频光、水平偏振基频光以及垂直偏振混合基频光组成的具有纳秒级时间间隔的脉冲串；分光系统包括BBO倍频晶体1、第一、二双色镜2，12，第一双色镜2的反光路径中设有倍频光延时部分，第一双色镜2的透光路径中设有基频光延时部分；且基频光延时部分和倍频光延时部分均设于第一、二双色镜2，12之间，倍频光延时部分包括依次设于第一双色镜2反光路径中的第一折返型光学延时器3和第一反射镜4；基频光延时部分包括设于第一双色镜2透光路径中的第二反射镜5、四分之一波片6、第一偏振分束棱镜7、第二折返型光学延时器8、第二偏振分束棱镜9、第三反射镜10以及第四反射镜11；本发明采用中心波长800nm、重复平率1kHz、水平偏振的飞秒脉冲激光作为光源，飞秒脉冲激光光源经BBO倍频晶体1产生基-倍频混合光束，基-倍频混合光束经第一双色镜2分离后得到倍频光和基频光；基频光经第二反射镜5反射、四分之一波片6转变成圆偏振光，然后通过第一偏振分束棱镜7透射和反射以使圆偏振光分束，反射后得到的垂直偏振基频光被第二折返型光学延时器8延时；透射后得到的水平偏振基频光以及被延时的垂直偏振基频光被第二偏振分束棱镜9合束，再经过第三反射镜10以及第四反射镜11反射后进入第二双色镜12；倍频光经第一折返型光学延时器3延时后被第一反射镜4反射，然后与合束的水平偏振基频光和垂直偏振基频光共同被第二双色镜12合束成纳秒时间间隔的脉冲串，该脉冲串的时间间隔可以通过第一、二折返型光学延时器3，8进行调节，四分之一波片6的光轴长轴方向与其入射光偏振方向夹角为45°。

参见图3，第一、二折返型光学延时器3，8的结构相同包括固定在旋转台上的平行放置的第一条形反射镜27和第二条形反射镜28、由步进电机控制的第一光学延时线29、第七反射镜30和第八反射镜31组成；第一、二条形反射镜27，28的间距在3-20cm之间可调，旋转台与第一条形反射镜27或第二条形反射镜的入射光垂直方向之间的夹角在5-45°之间可调，通过调整间距和夹角可控制入射光在反射镜对之间的反射次数和光程，进而保证第一、二折返型光学延时器的光程均为30cm-7.5m之间可调。入射光进入第一条形反射镜27或第二条形反射镜28，并在第一条形反射镜27和第二条形反射镜28之间进行多次反射，然后经第七反射镜30反射、第一光学延时线29延时、第八反射镜31反射后出射。若第一折返型光学延时器3工作时，倍频光经第八反射镜31反射后进入第二双色镜12；若第二折返型光学延时器8工作时，垂直偏振基频光经第八反射镜31反射后进入第二偏振分束镜9。

复用系统用于使脉冲串中的倍频光、水平偏振基频光以及垂直偏振基频光照射发动机喷雾流场同一位置以携带发动机喷雾流场形貌信息，并将倍频光、水平偏振基频光以及垂直偏振基频光入射到光克尔门选通成像系统分别成像；复用系统包括设于脉冲串入口处的宽带分束镜13，宽带分束镜13的反光路径中依次设有第三双色镜14、第三偏振分束棱镜15、第五反射镜16，且发动机喷雾流场设于宽带分束镜13与第三双色镜14之间，发动机喷雾流场能够使探测光束通过时携带发动机喷雾流场图像信息，发动机喷雾流场由喷嘴42喷射形成；宽带分束镜13的透光路径中依次设有宽带反射镜17、第四双色镜18、第四偏振分束棱镜19以及第六反射镜20；光克尔门选通成像系统包括第一、二、三光克尔门21，22，23以及第一、二、三CCD24，25，26。

分光系统所形成的脉冲串经过宽带分束片13分成两束，一束作为开关光束被宽带反射镜17反射，被反射的开关光束中的倍频光经第四双色镜18反射后控制第一光克尔门21的开启和关闭；被反射的开关光束中的垂直偏振基频光依次经第四双色镜18透射、第四偏振分束棱镜19反射后控制第二光克尔门22的开启和关闭；被反射的开关光束中的水平偏振基频光依次经第四双色镜18透射、第四偏振分束棱镜19透射、第六反射镜20反射后控制第三光克尔门23的开启和关闭；另一束光作为探测光束照射由喷头42喷射形成的发动机喷雾流场以使透射后的探测光束中弹道光子携带发动机喷雾流场形貌信息，探测光束中的倍频光被第三双色镜14反射后由第一光克尔门21进行处理，然后在第一CCD24上成像；探测光束中垂直偏振基频光依次经第三双色镜14透射、第三偏振分束棱镜15反射后由第二光克尔门22进行处理，然后在第二CCD25上成像；探测光束中水平偏振基频光依次经第三双色镜14透射、第三偏振分束棱镜15透射、第五反射镜16反射后由第三光克尔门23进行处理，然后在第三CCD26上成像；其中，第一、二、三、四偏振分束棱镜7，9，15，19允许透射的偏振方向相同。

参见图4，第一、二、三光克尔门21，22，23的结构相同，每个光克尔门包括沿探测光束方向依次放置的起偏器32、第一聚焦透镜40、光克尔介质33和检偏器34，沿开关光束依次放置的半波片35、第九反射镜37、由步进电机控制的第二光学延时线36、第十反射镜38、第二聚焦透镜41、第十一反射镜39。

携带流场形貌信息的探测光束依次经过起偏器32起偏、第一聚焦透镜40聚焦入射到光克尔介质33内部，然后通过位于其后的检偏器34。开关光束依次经过半波片35起偏45°、第九反射镜37反射、第二光学延迟线36延时，然后经第十反射镜38反射，第二聚焦透镜41聚焦、第十一反射镜39反射后入射到光克尔介质33，并与入射到光克尔介质中的探测光束光斑重合以使开关光束控制光克尔门的开启和关闭。通过调整第二光学延迟线36可控制开关光束与探测光束的光程差，使光克尔门在探测光束中的弹道光脉冲通过时开启，在弹道光通过后立即关闭以阻止散射光通过。经过光克尔门的探测光束转变成仅携带着物体形貌信息的成像光束通过检偏器34并在每个光克尔门后对应的CCD上成像。

当工作的光克尔门为第一光克尔门21时，携带流场图像信息的探测光束为倍频光，对应的CCD为第一CCD24；当工作的光克尔门为第二光克尔门22时，携带流场图像信息的探测光束为垂直偏振基频光，对应的CCD为第二CCD25；当工作的光克尔门为第三光克尔们23时，携带流场图像信息的探测光束为水平偏振基频光，对应的CCD为第三CCD26；

本发明针对火箭发动机喷雾等高速流场近场区测量中的困难，在传统光克尔门选通弹道光成像技术的基础上，提出一种基于波分复用和偏振复用技术的单脉冲、高帧频、多帧成像技术，适用于超高速流场测量的光克尔门选通弹道光成像技术，并使该技术的功能扩展到能够测量超高速流场中的粒子速度和加速度。由于分光系统产生的脉冲串（三束光脉冲）是由倍频光、水平偏振基频光以及垂直偏振混合基频光组成的，且具有纳秒时间间隔；因此，分光系统产生的脉冲串中倍频光、水平偏振基频光以及垂直偏振基频光入射到复用系统的时间不同，从而使得三路探测光携带了不同时刻流场的形貌信息。三束携带了不同时刻流场的形貌信息的光脉冲分别经过光克尔门成像系统对其进行光克尔门选通弹道光成像，能够获得不同时刻的流场中粒子分布图像；同时通过比较三幅流场图中单个粒子轨迹计算出粒子的速度和加速度信息。

Claims (10)

1.一种发动机喷雾流场近场区光学诊断系统，其特征在于：包括沿飞秒脉冲激光入射方向依次放置的分光系统、复用系统、光克尔门选通成像系统以及比较成像系统；复用系统包括宽带分束镜（13），宽带分束镜（13）的反光路径中依次设有第三双色镜（14）、第三偏振分束棱镜（15）以及第五反射镜（16），且发动机喷雾流场设于宽带分束镜（13）与第三双色镜（14）之间；宽带分束镜（13）的透光路径中依次设有宽带反射镜（17）、第四双色镜（18）、第四偏振分束棱镜（19）以及第六反射镜（20）；分光系统用于将飞秒脉冲激光转换成由倍频光、水平偏振基频光以及垂直偏振基频光组成的具有纳秒级时间间隔的脉冲串；复用系统用于使脉冲串中的倍频光、水平偏振基频光以及垂直偏振基频光照射发动机喷雾流场同一位置以携带发动机喷雾流场形貌信息，并将倍频光、水平偏振基频光以及垂直偏振基频光入射到光克尔门选通成像系统分别成像；比较成像系统用于比较光克尔门选通成像系统成像所得的三幅流场图中单个粒子轨迹以计算单个粒子的速度和加速度信息。

2.根据权利要求1所述的发动机喷雾流场近场区光学诊断系统，其特征在于：所述的脉冲串经宽带分束镜（13）分成两束光，一束光作为开关光束被宽带反射镜（17）反射，被反射的开关光束中的倍频光经第四双色镜（18）反射后控制光克尔门选通成像系统中光克尔门的开启和关闭；被反射的开关光束中的垂直偏振基频光依次经第四双色镜（18）透射、第四偏振分束棱镜（19）反射后控制光克尔门选通成像系统中光克尔门的开启和关闭；被反射的开关光束中的水平偏振基频光依次经第四双色镜（18）透射、第四偏振分束棱镜（19）透射、第六反射镜（20）反射后控制光克尔门选通成像系统的中光克尔门的开启和关闭；另一束光作为探测光束从发动机喷雾流场透射以使探测光束中的弹道光子携带发动机喷雾流场形貌信息，探测光束中的倍频光被第三双色镜（14）反射后进入光克尔门选通成像系统进行成像；探测光束中的垂直偏振基频光依次经第三双色镜（14）透射、第三偏振分束棱镜（15）反射后进入光克尔门选通成像系统进行成像；探测光束中水平偏振基频光依次经第三双色镜（14）透射、第三偏振分束棱镜（15）透射、第五反射镜（16）反射后进入光克尔门选通成像系统进行成像。

3.根据权利要求1所述的发动机喷雾流场近场区光学诊断系统，其特征在于：所述的分光系统包括BBO倍频晶体（1）、第一、二双色镜（2，12），第一双色镜（2）的反光路径中依次设有第一光学延时器和第一反射镜（4）；第一双色镜（2）的透光路径中依次设有四分之一波片（6）、第一偏振分束棱镜（7）、第二光学延时器以及第二偏振分束棱镜（9）；

飞秒脉冲激光经BBO倍频晶体（1）产生基-倍频混合光束，基-倍频混合光束经第一双色镜（2）分离后得到倍频光和基频光；基频光经四分之一波片（6）转变成圆偏振光，再经第一偏振分束棱镜（7）透射和反射，反射后得到的垂直偏振基频光被第二光学延时器延时；透射后得到的水平偏振基频光以及被延时的垂直偏振基频光被第二偏振分束棱镜（9）合束；倍频光经第一光学延时器延时后被第一反射镜（4）反射，然后与合束的水平偏振基频光和垂直偏振基频光共同被第二双色镜（12）合束成纳秒时间间隔的脉冲串。

4.根据权利要求3所述的发动机喷雾流场近场区光学诊断系统，其特征在于：所述的第一、二光学延时器均采用结构相同的折返型光学延时器，折返型光学延时器包括平行放置在旋转台上的两个条形反射镜、由步进电机控制的第一光学延时线（29）以及第七、八反射镜（30，31）；入射光进入其中一个条形反射镜并在两个条形反射镜之间进行多次反射，然后经第七反射镜（30）反射、第一光学延时线（29）延时、第八反射镜（31）反射后出射，两个条形反射镜的间距为3-20cm，旋转台与进入条形反射镜的入射光垂直方向之间的夹角保持在5-45°。

5.根据权利要求4所述的发动机喷雾流场近场区光学诊断系统，其特征在于：所述的入射光在折返型光学延时器的光程均为30cm-7.5m。

6.根据权利要求3所述的发动机喷雾流场近场区光学诊断系统，其特征在于：所述的四分之一波片（6）的光轴长轴方向与其入射光偏振方向夹角为45°。

7.根据权利要求3所述的发动机喷雾流场近场区光学诊断系统，其特征在于：所述的第一双色镜（2）与四分之一波片（6）之间设有用于反射基频光的第二反射镜（5），第二偏振分束棱镜（9）与第二双色镜（12）之间依次设有用于反射水平偏振基频光和垂直偏振基频光的第三、四反射镜（10，11）。

8.根据权利要求3所述的发动机喷雾流场近场区光学诊断系统，其特征在于：所述的第一、二、三、四偏振分束棱镜（7，9，15，19）透射的偏振方向相同。

9.根据权利要求1所述的发动机喷雾流场近场区光学诊断系统，其特征在于：所述的光克尔门选通成像系统包括第一、二、三光克尔门（21，22，23）以及第一、二、三CCD（24，25，26）；

第一光克尔门（21）的开启和关闭由开关光束中的倍频光控制，探测光束中的倍频光经第一光克尔门（21）处理后在第一CCD（24）上成像；

第二光克尔门（22）的开启和关闭由开关光束中的垂直偏振基频光控制，探测光束中的垂直偏振基频光经第二光克尔门（22）处理后在第二CCD（25）上成像；

第三光克尔门（23）的开启和关闭由开关光束中的水平偏振基频光控制，探测光束中的水平偏振基频光经第三光克尔门（23）处理后在第三CCD（26）上成像；

所述的比较成像系统用于比较第一、二、三CCD（24，25，26）成像所得到的三幅流场图中单个粒子轨迹以计算单个粒子的速度和加速度信息。

10.根据权利要求9所述的发动机喷雾流场近场区光学诊断方法，其特征在于：所述的第一、二、三光克尔门（21，22，23）的结构相同，且每个光克尔门包括沿探测光束方向依次放置的起偏器（32）、第一聚焦透镜（40）、光克尔介质（33）、检偏器（34），沿开关光束依次放置的半波片（35）、第九反射镜（37）、由步进电机控制的第二光学延时线（36）、第十反射镜（38）、第二聚焦透镜（41）、第十一反射镜（39）；

探测光束依次经起偏器（32）起偏、第一聚焦透镜（40）聚焦后入射到光克尔介质（33）；开关光束依次经半波片（35）起偏45°、第九反射镜（37）反射、第二光学延迟线（36）延时、第十反射镜（38）反射、第二聚焦透镜（41）聚焦、第十一反射镜（39）反射后入射到光克尔介质（33），且入射到光克尔介质（33）中的开关光束与入射到光克尔介质（33）中的探测光束的光斑重合以使开关光束控制光克尔门的开启和关闭；经过光克尔门后的探测光束转变成仅携带着物体形貌信息的成像光束在CCD上成像。

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