CN110879216B - 多分幅阴影诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多分幅阴影诊断方法和多分幅阴影诊断装置，包括如下步骤：通过激光组件生成激光束；将所述激光束发射至待探测目标处，以使所述激光束第一次经过所述待探测目标；第一次经过所述待探测目标的激光束通过第一反射镜反射，以使其再次经过所述待探测目标，得到目标激光束；通过成像组件识别和记录所述目标激光束。本申请的多分幅阴影诊断方法中，由于一束激光束中同时携带第一幅阴影图像以及第二幅阴影图像，不需要再额外增加的相机数量。保证了激光束方向的一致性，便于结果分析，简化了实验的复杂度。

Description

多分幅阴影诊断方法

技术领域

本发明涉及多分幅阴影诊断方法技术领域，特别是涉及多分幅阴影诊断方法和多分幅阴影诊断装置。

背景技术

放电等离子体的光学诊断技术领域包括激光阴影、干涉、纹影、散射等方面，是一种利用探针光在等离子体中偏转从而携带相应的物理信息的一种诊断手段。激光阴影诊断是一种记录等离子体形态的诊断方式，激光通过不同密度的等离子体区域，会随着折射率的变化而发生偏转，从而携带了等离子体的形态、密度等信息。激光阴影诊断被广泛应用在Z箍缩等离子体、激光诱导等离子体、水中放电等离子体等方面。分幅阴影装置是一种利用存在延时的多束探针光，共同诊断探测目标的一种诊断装置，一种激光阴影的诊断方法是利用多台激光器，相互同步，产生多束延时探针光；另一种方法是将一束探针光多次分光，每路分出的光经过不同的反射光路，从而形成光程延时。分幅阴影诊断中，通常多束光需要从不同的诊断窗口入射，从而使得每幅图像的诊断角度不一致，难以相互对比。此外，多路探针光也需要相同数量的相机来记录，使得实验系统过于复杂。今年来，中国工程物理研究院引入了一种小角度入射的方法来使所有的探针光从近似同一方向入射，来获得同一探针方向的多幅图像，但形成多路延时仍需要较大规模的延时阴影光路或者多个激光器。因此，采用光路搭建分幅阴影诊断系统仍然存在着探针方向不一致、延时产生系统复杂的问题。

发明内容

基于此，有必要提供多分幅阴影诊断方法和多分幅阴影诊断装置。

一种多分幅阴影诊断方法，包括如下步骤：

通过激光组件生成激光束；

将所述激光束发射至待探测目标处，以使所述激光束第一次经过所述待探测目标；

第一次经过所述待探测目标的激光束通过第一反射镜反射，以使其再次经过所述待探测目标，得到目标激光束；

通过成像组件识别和记录所述目标激光束。

上述多分幅阴影诊断方法，激光束发射至待探测目标处，并第一次经过所述待探测目标，从而使得激光束携带待探测目标的第一幅阴影图像，第一次经过所述待探测目标的激光束通过第一反射镜反射，以使其再次经过所述待探测目标，得到目标激光束，从而使得目标激光束携带待探测目标的第二幅阴影图像。相较于传统的一束激光束携带一幅阴影图像，且每一束激光束与一相机对应设置的模式，本申请的多分幅阴影诊断方法中，由于一束激光束中同时携带第一幅阴影图像以及第二幅阴影图像，不需要再额外增加的相机数量，保证了激光束方向的一致性，便于结果分析，简化了实验的复杂度。

在其中一个实施例中，所述通过激光组件生成激光束的步骤包括：

通过激光器生成激光；

所述激光经过扩束镜形成激光束。

在其中一个实施例中，所述通过成像组件识别和记录所述目标激光束的步骤包括：

通过分光镜反射所述目标激光束，并通过成像组件识别和记录所述目标激光束。

在其中一个实施例中，所述通过成像组件识别和记录所述目标激光束的步骤包括：

所述目标激光束经过透镜；通过相机识别和记录所述目标激光束。

在其中一个实施例中，所述第一次经过所述待探测目标的激光束通过第一反射镜反射，以使其再次经过所述待探测目标，得到目标激光束的步骤中，所述第一反射镜为偏转反射镜。

在其中一个实施例中，将所述激光束发射至待探测目标处，以使所述激光束第一次经过所述待探测目标的步骤包括：

将所述激光束通过第二反射镜反射至待探测目标处，以使所述激光束第一次经过所述待探测目标。

在其中一个实施例中，所述通过激光组件生成激光束的步骤之前包括：将待探测目标放置于第一反射镜前预设位置处。

在其中一个实施例中，所述将待探测目标放置于第一反射镜前预设位置处的步骤之后包括：根据所述待探测目标的大小，调整所述待探测目标到第一反射镜的距离。

在其中一个实施例中，所述根据所述待探测目标的大小，调整所述待探测目标到第一反射镜的距离的步骤之后包括：测量得到所述待探测目标到第一反射镜的距离。

一种多分幅阴影诊断装置，采用如上述任一实施例中所述多分幅阴影诊断方法实现。

附图说明

图1为一个实施例的多分幅阴影诊断方法的原理示意图；

图2为另一个实施例的多分幅阴影诊断方法的原理示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在其中一个实施例中，一种多分幅阴影诊断方法，包括如下步骤：

通过激光组件生成激光束。

将所述激光束发射至待探测目标处，以使所述激光束第一次经过所述待探测目标。

第一次经过所述待探测目标的激光束通过第一反射镜反射，以使其再次经过所述待探测目标，得到目标激光束。

通过成像组件识别和记录所述目标激光束。

上述多分幅阴影诊断方法，激光束发射至待探测目标处，并第一次经过所述待探测目标，从而使得激光束携带待探测目标的第一幅阴影图像，第一次经过所述待探测目标的激光束通过第一反射镜反射，以使其再次经过所述待探测目标，得到目标激光束，从而使得激光束携带待探测目标的第二幅阴影图像。相较于传统的一束激光束携带一幅阴影图像，且每一束激光束与一相机对应设置的模式，本申请的多分幅阴影诊断方法中，由于一束激光束中同时携带第一幅阴影图像以及第二幅阴影图像，即一束激光束中同时携带两幅阴影图像，不需要再额外增加的相机数量。保证了激光束方向的一致性，便于结果分析，简化了实验的复杂度。

为便于描述，各式实例中，将朝向第一反射镜发射的激光束简称为入射光，对应地，入射光传播的路径称为入光路径，将被第一反射镜反射的光称为出射光，对应地，出射光传播的路径称为出光路径。激光束的光斑可以理解为激光束被成像组件拍摄下来后形成的二维图像，激光束的光斑也可以理解为激光束的横截面，其中所述横截面垂直于激光束的发射方向。一些实施例中，第一幅阴影图像和第二幅阴影图像统称为两幅阴影图像。

请参阅图1，上述多分幅阴影诊断方法，入射光910通过第二反射镜200反射至待探测目标800处，并第一次经过所述待探测目标，从而使得激光束携带待探测目标的第一幅阴影图像810，第一次经过所述待探测目标的激光束通过第一反射镜200反射，并再次经过所述待探测目标，从而使得出射光920携带待探测目标的第二幅阴影图像820，并被成像组件300识别和成像，这样，激光束的光斑921便会携带第一幅阴影图像和第二幅阴影图像。相较于传统的一束激光束携带一幅阴影图像，且每一束激光束与一相机对应设置的模式，本申请的多分幅阴影诊断方法中，由于一束激光束中同时携带第一幅阴影图像以及第二幅阴影图像，即一束激光束中同时携带两幅阴影图像，不需要再额外增加的相机数量。保证了激光束方向的一致性，便于结果分析，简化了实验的复杂度。

通过激光组件生成激光束的步骤中，所述激光束的直径大于的所述待探测目标的截面宽度，这样，激光束可以完整记录待探测目标的物理信息，即激光束可以完整记录待探测目标的第一幅阴影图像。

将所述激光束发射至待探测目标处，以使所述激光束第一次经过所述待探测目标的步骤中，待探测目标为等离子体，因而所述激光束能够经过所述待探测目标，并能够使得激光束携带待探测目标的第一幅阴影图像。

第一次经过所述待探测目标的激光束通过第一反射镜反射，以使其再次经过所述待探测目标，得到目标激光束的步骤中，第一反射镜使得所述激光束的入光路径与出光路径不平行，即所述激光束的入光路径与出光路径之间具有夹角，其中，夹角不等于0°。其中，入光路径为激光束朝向所述第一反射镜发射时经过的路径，出光路径为激光束经过所述第一反射镜反射出去后经过的路径。应当理解的是，当激光束经过待探测目标时，激光束的光斑会携带待探测目标的折射率信息，然而激光束的光斑的截面宽度要大于探测目标的截面宽度，因此会在激光束的光斑上存在非扰动部分，即存在探测目标以外区域，反射镜的作用为充分利用这部分未经扰动的光斑区域，将激光束折返，使得激光束二次经过待探测目标，同时由于折返的光程差带来的延时，实现了同一光斑携带两个不同时刻的分幅阴影图像。其中，第一反射镜的反射面涂层材料与探针激光能量匹配，不会被激光束本身的能量损坏。进一步地，通过激光组件生成激光束时，还包括步骤：根据第一反射镜的反射面涂层材料设置所述激光束的能量。这样的设计，有利于保护第一反射镜，延长其使用寿命。

通过成像组件识别和记录所述目标激光束的步骤中，成像组件能够识别激光束，且成像组件能够根据识别到的激光束成像，生成相片，使得用户能够看到成像后的相片，便于分析阴影的形态，从而根据阴影的形态判断待探测目标的状态。

在其中一个实施例中，所述通过激光组件生成激光束的步骤包括：通过激光器生成激光；所述激光经过扩束镜形成激光束。扩束镜用于扩展激光束的直径，从而使得激光束具有较大的直径，能够实现所述激光束的直径大于的所述待探测目标的截面宽度。

在其中一个实施例中，所述通过成像组件识别和记录所述目标激光束的步骤包括：通过分光镜反射所述目标激光束，并通过成像组件识别和记录所述目标激光束。分光镜用于反射折返光至成像组件，因发射至第一反射镜的入光路径和出光路径的夹角很小，在宏观上可以看到近似同轴，而宏观上的成像组件和激光组件由于体积而限制无法设置得过近，通过分光镜，入射光可以顺利经过分光镜，而入射光被第一反射镜反射后，出射光照射在分光镜上，可以通过分光镜反射至成像组件。进一步地，分光镜与第一反射镜匹配设置；在其中一个实施例中，根据第一反射镜的反射面涂层材料设置所述分光镜的反射面涂层材料。这样的设计，有利于使得第一反射镜反射的光被分光镜更好地反射，即当第一反射镜的目标激光束能量较大时，应当增大分光镜的反射率，以更好地保存目标激光束的能量，避免目标激光束产生能量损失。

在其中一个实施例中，所述通过成像组件识别和记录所述目标激光束的步骤包括：所述目标激光束经过透镜；通过相机识别和记录所述目标激光束。所述透镜用于汇集激光束，同时不改变激光束的整体形态，出于成本考虑，相机的感光元件一般较小，当激光束的直径过大时，则相应需要更大的感光元件，本申请中，通过透镜按比例缩小激光束的直径，且同时透镜不会改变激光束的整体形态，能够更利于激光束被相机的感光元件识别并成像，因此，通过透镜配合相机工作，能够更有利于相机识别激光束的整体形态，同时使得实验的成本更低。

在其中一个实施例中，所述第一次经过所述待探测目标的激光束通过第一反射镜反射，以使其再次经过所述待探测目标，得到目标激光束的步骤中，所述第一反射镜为偏转反射镜。偏转反射镜能够反射激光束，且偏转反射镜本身具有较高的反射精度，使得激光束的能量损失更小，更好地将激光束反射出去。

在其中一个实施例中，将所述激光束发射至待探测目标处，以使所述激光束第一次经过所述待探测目标的步骤包括：将所述激光束通过第二反射镜反射至待探测目标处，以使所述激光束第一次经过所述待探测目标。第二反射镜可以用于调整角度，这样，第二反射镜可以将激光束反射至预设的位置上，从而便于将激光束对准待探测目标，便于调整待探测目标在激光束的光斑内的位置，从而提高实验的精准度。

在其中一个实施例中，所述将待探测目标放置于第一反射镜前预设位置处的步骤之后包括：根据所述待探测目标的大小，调整所述待探测目标到第一反射镜的距离，其中，待探测目标越大，则待探测目标到第一反射镜的距离越近，待探测目标越小，则待探测目标到第一反射镜的距离越远。本实施例中，体积较大的待探测目标，可以设置于第一反射镜较近的位置，这样可以缩短两幅阴影图像的距离，避免激光束无法将完整的阴影图像容纳于激光束的光斑内；而体积较小的待探测目标，可以设置于第一反射镜较远的位置，这是因为待探测目标本身较小，已经可以将待探测目标的阴影图像容纳于激光束的光斑内，没必要将其设置地过于接近，设置在较远的位置，有利于对待探测目标进行单独分析，避免了两幅阴影图像之间相互干扰，提高分析结果的准确性。

在其中一个实施例中，所述根据所述待探测目标的大小，调整所述待探测目标到第一反射镜的距离的步骤之后包括：测量得到所述待探测目标到第一反射镜的距离，这样，便于后期在分析阴影图像时，将待探测目标到第一反射镜的距离考虑在内，提高分析的准确性。

应当理解的是，两幅阴影图像之间的延时光程等于d*2/c，其中c为光速，两幅阴影之间的延时调控，则是通过改变延时光程的距离d来实现的。待探测目标可为激光诱导靶材、爆炸桥箔和Z箍缩（Z-pinch）中任一情况下的等离子体目标

在其中一个实施例中，所述通过激光组件生成激光束的步骤之前包括：将待探测目标放置于第一反射镜前预设位置处。将待探测目标设置于第一反射镜前，从而可以对待探测目标的物理参数进行检测，当设置了第二反射镜后，扩大了待探测目标的预设位置的范围，即待探测目标可以放置在一个大致的位置上，再通过第二反射镜将激光束反射于待探测目标上，这样，能够降低待探测目标的放置精度的要求，使得实验的效率更高。

在其中一个实施例中，所述通过激光组件生成激光束的步骤中，所述激光束的直径至少两倍大于的所述待探测目标的截面宽度，这样，激光束的光斑的直径也至少两倍大于的所述待探测目标的截面宽度，这样，即可将待探测目标的阴影完全容纳于激光束的光斑内，使得激光束完全携带两幅待探测目标的阴影图像，使得探测结果精确。在其中一个实施例中，所述激光束的直径三倍大于的所述待探测目标的截面宽度。在其中一个实施例中，所述激光束的直径四倍大于的所述待探测目标的截面宽度。这样，便能使得两个阴影图像之间具有一定的间隔距离，从而便于单独对每一阴影图像进行分析，避免两个阴影图像之间相互影响。

请参阅图2，在其中一个实施例中，一种多分幅阴影诊断方法，包括如下步骤：

通过激光组100生成激光束。

将所述激光束发射至待探测目标处，以使所述激光束第一次经过所述待探测目标800。

第一次经过所述待探测目标的激光束通过第一反射镜200反射，以使其再次经过所述待探测目标，得到目标激光束。

通过成像组件300识别和记录所述目标激光束。请参阅图2，在其中一个实施例中，一种多分幅阴影诊断方法，包括如下步骤：

通过激光110生成激光。

所述激光经过扩束镜120形成激光束，其中，激光束的直径大于激光的直径。应当理解的是，“激光”和“激光束”两者的本质相同，区别在于激光束的直径大于激光的直径。

将所述激光束通过第二反射镜500反射至待探测目标800处，以使所述激光束第一次经过所述待探测目标。本实施例中，第二反射镜用于调整激光束的发射方向，即用于改变所述激光束的入射路径。

第一次经过所述待探测目标的激光束通过第一反射镜200反射，以使其再次经过所述待探测目标，得到目标激光束。

所述目标激光束通过分光镜400发射经过透镜310；通过相机320识别和记录所述目标激光束。

上述多分幅阴影诊断方法，激光束通过第二反射镜反射至待探测目标处，并第一次经过所述待探测目标，从而使得激光束携带待探测目标的第一幅阴影图像，第一次经过所述待探测目标的激光束通过第二反射镜反射，并再次经过所述待探测目标，从而使得激光束携带待探测目标的第二幅阴影图像。相较于传统的一束激光束携带一幅阴影图像，且每一束激光束与一相机对应设置的模式，本申请的多分幅阴影诊断方法中，由于一束激光束中同时携带第一幅阴影图像以及第二幅阴影图像，即一束激光束中同时携带两幅阴影图像，不需要再额外增加的相机数量。保证了激光束方向的一致性，便于结果分析，简化了实验的复杂度。

请参阅图2，在其中一个实施例中，一种多分幅阴影诊断装置，包括壳体（图未示）、激光器110、扩束镜120、第一反射镜20、第二反射镜500、分光镜400、透镜310和相机320，所述壳体内具有安装空间（图未示），激光器、扩束镜、第一反射镜、第二反射镜、分光镜、透镜和相机均设置于所述安装空间内，激光器用于生成激光，扩束镜用于使激光形成激光束，第二反射镜反射用于将激光束反射至待探测目标处，并使激光束第一次经过所述待探测目标，第一反射镜用于将第一次经过所述待探测目标的激光束反射，并使激光束再次经过所述待探测目标，分光镜用于将再次经过所述待探测目标的激光束反射至透镜，透镜用于汇集激光束，使得激光束的直径等比例缩小，相机用于识别激光束并成像。通过上述的多分幅阴影诊断装置，能够检测激光束携带待探测目标的两幅阴影图像。相较于传统的一束激光束携带一幅阴影图像，且每一束激光束与一相机对应设置的模式，本申请的多分幅阴影诊断方法中，由于一束激光束中同时携带第一幅阴影图像以及第二幅阴影图像，不需要再额外增加的相机数量。保证了激光束方向的一致性，便于结果分析，简化了实验的复杂度。

在其中一个实施例中，一种多分幅阴影诊断装置，采用如上述任一实施例中所述多分幅阴影诊断方法实现。在其中一个实施例中，所述多分幅阴影诊断装置具有用于执行所述多分幅阴影诊断方法各步骤的相应功能模块。在其中一个实施例中，所述多分幅阴影诊断装置包括生成模块、发射模块、反射模块及识别模块；其中，所述生成模块用于通过激光组件生成激光束；所述发射模块用于将所述激光束发射至待探测目标处，以使所述激光束第一次经过所述待探测目标；所述反射模块用于将第一次经过所述待探测目标的激光束通过第一反射镜反射，以使其再次经过所述待探测目标，得到目标激光束；所述识别模块用于通过成像组件识别和记录所述目标激光束。其余实施例以此类推。这样的设计，激光束发射至待探测目标处，并第一次经过所述待探测目标，从而使得激光束携带待探测目标的第一幅阴影图像，第一次经过所述待探测目标的激光束通过第一反射镜反射，以使其再次经过所述待探测目标，得到目标激光束，从而使得目标激光束携带待探测目标的第二幅阴影图像。相较于传统的一束激光束携带一幅阴影图像，且每一束激光束与一相机对应设置的模式，本申请由于一束激光束中同时携带第一幅阴影图像以及第二幅阴影图像，不需要再额外增加的相机数量，保证了激光束方向的一致性，便于结果分析，简化了实验的复杂度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多分幅阴影诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过激光组件生成激光束；

将所述激光束发射至待探测目标处，以使所述激光束第一次经过所述待探测目标；

第一次经过所述待探测目标的激光束通过第一反射镜反射，以使其再次经过所述待探测目标，得到目标激光束；

通过成像组件识别和记录所述目标激光束；

其中，所述激光束的入光路径与出光路径之间具有夹角，且所述夹角不等于0°，所述激光束的直径至少两倍大于所述待探测目标的截面宽度，在所述激光束的光斑上存在非扰动部分，所述第一反射镜的作用为充分利用这部分未经扰动的光斑区域，将所述激光束折返，使得所述激光束二次经过所述待探测目标，同时由于折返的光程差带来的延时，实现了同一光斑携带两个不同时刻的分幅阴影图像。

2.根据权利要求1所述的多分幅阴影诊断方法，其特征在于，所述通过激光组件生成激光束的步骤包括：

通过激光器生成激光；

所述激光经过扩束镜形成激光束。

3.根据权利要求1所述的多分幅阴影诊断方法，其特征在于，所述通过成像组件识别和记录所述目标激光束的步骤包括：

通过分光镜反射所述目标激光束，并通过成像组件识别和记录所述目标激光束。

4.根据权利要求1所述的多分幅阴影诊断方法，其特征在于，所述通过成像组件识别和记录所述目标激光束的步骤包括：

所述目标激光束经过透镜；通过相机识别和记录所述目标激光束。

5.根据权利要求1所述的多分幅阴影诊断方法，其特征在于，所述第一次经过所述待探测目标的激光束通过第一反射镜反射，以使其再次经过所述待探测目标，得到目标激光束的步骤中，所述第一反射镜为偏转反射镜。

6.根据权利要求1所述的多分幅阴影诊断方法，其特征在于，将所述激光束发射至待探测目标处，以使所述激光束第一次经过所述待探测目标的步骤包括：

将所述激光束通过第二反射镜反射至待探测目标处，以使所述激光束第一次经过所述待探测目标。

7.根据权利要求1所述的多分幅阴影诊断方法，其特征在于，所述通过激光组件生成激光束的步骤之前包括：将待探测目标放置于第一反射镜前预设位置处。

8.根据权利要求7所述的多分幅阴影诊断方法，其特征在于，所述将待探测目标放置于第一反射镜前预设位置处的步骤之后包括：根据所述待探测目标的大小，调整所述待探测目标到第一反射镜的距离。

9.根据权利要求8所述的多分幅阴影诊断方法，其特征在于，所述根据所述待探测目标的大小，调整所述待探测目标到第一反射镜的距离的步骤之后包括：测量得到所述待探测目标到第一反射镜的距离。

10.根据权利要求1所述的多分幅阴影诊断方法，其特征在于，所述待探测目标为激光诱导靶材、爆炸桥箔和Z箍缩中任一等离子体目标。

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