CN111397845A - 一种判断非准直光对莫尔测量结果影响的方法 - Google Patents

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陈云云
段传森
徐梦
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Abstract

本发明一种判断非准直光对莫尔测量结果影响的方法，莫尔层析实验装置包括沿激光入射方向自左至右依次设置的激光器、扩束准直系统、光栅、第一成像透镜、光栏、第二成像透镜和光屏，所述扩束准直系统包括沿激光入射方向依次设置的第一透镜和第二透镜；利用激光器发射准直光束，在光屏上获得莫尔条纹，利用莫尔条纹进行折射率重建；沿激光入射方向向左平移第一透镜，得到扩大的非准直光束，进而获得莫尔条纹和折射率；沿激光入射方向向右平移第一透镜，得到缩小的非准直光束，进而获得莫尔条纹和折射率；对准直光束、扩大的非准直光束和缩小的非准直光束下得到的莫尔条纹与折射率进行比较，得到非准直光对莫尔测量结果的影响。

Description

一种判断非准直光对莫尔测量结果影响的方法
技术领域
本发明涉及一种判断非准直光对莫尔测量结果影响的方法，属于光学测量技术领域。
背景技术
在利用莫尔层析技术对高温复杂流场的关键参数进行测量时，往往需要准直光照射以确保实验结果的测量精度。而在实际实验中很难保证光路的完全准直，这将会对实验结果有一定的影响。因此，判断非准直光对莫尔层析技术用于流场参数测量结果的影响，可为以后的实验提供一定的参考，对莫尔层析技术用于流场测量领域中有着重要的意义。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种简单且便于操作的判断非准直光对莫尔测量结果影响的方法。
为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种判断非准直光对莫尔测量结果影响的方法，莫尔层析实验装置包括沿激光入射方向自左至右依次设置的激光器、扩束准直系统、光栅、第一成像透镜、光栏、第二成像透镜和光屏，所述扩束准直系统包括沿激光入射方向依次设置的第一透镜和第二透镜；
利用激光器发射准直光束，在光屏上获得莫尔条纹，利用莫尔条纹进行折射率重建；
沿激光入射方向向左平移第一透镜，得到扩大的非准直光束，在光屏上获得莫尔条纹，利用莫尔条纹进行折射率重建；
沿激光入射方向向右平移第一透镜，得到缩小的非准直光束，在光屏上获得莫尔条纹，利用莫尔条纹进行折射率重建；
对准直光束、扩大的非准直光束和缩小的非准直光束下得到的莫尔条纹与折射率进行比较，得到非准直光对莫尔测量结果的影响。
对上述技术方案的进一步设计为：所述第一透镜向左和向右均平移若干次，得到若干组莫尔条纹与折射率。
所述第一透镜每次平移距离为2mm。
所述光栅包括沿激光入射方向依次设置的第一光栅和第二光栅。
本发明的有益效果为：
本发明可以研究非准直光对莫尔层析实验结果带来的影响；通过将准直和非准直光得到的实验结果进行比较，可判断非准直光对莫尔层析技术在参数测量上的影响，为之后利用该测量参数的实验提供参考依据。
本发明的方法操作上仅平移扩束准直系统中的第一透镜，操作简单，易于掌握。
附图说明
图1为莫尔层析成像原理图；
图2为扩大的准直光路原理图；
图3为缩小的准直光路原理图；
图4为准直光路下的莫尔条纹；
图5a为扩大光路下平移一次的莫尔条纹；
图5b为扩大光路下平移两次的莫尔条纹；
图6a为缩小光路下平移一次的莫尔条纹；
图6b为缩小光路下平移两次的莫尔条纹；
图7为准直光下的折射率分布；
图8a为扩大光路下平移一次的折射率分布；
图8b为扩大光路下平移两次的折射率分布；
图9a为缩小光路下平移一次的折射率分布；
图9b为缩小光路下平移两次的折射率分布；
图10为测量的温度分布比较图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本实施例的一种判断非准直光对莫尔测量结果影响的方法中，莫尔层析实验装置原理如图1所示，包括沿激光入射方向自左至右依次设置的激光器1、扩束准直系统、第一光栅4、第一光栅5、第一成像透镜6、光栏7、第二成像透镜8和光屏9，其中，扩束准直系统包括沿激光入射方向依次设置的第一透镜2和第二透镜3；在莫尔层析技术实验中一般通过图1来获取莫尔条纹，利用CCD图像传感器获取光屏9上的莫尔条纹，并传输到计算机中对条纹进行处理获取信息用于折射率重建，最终反演被测流场的测量参数。
本实施例的方法，先利用准直光束在光屏9上获得莫尔条纹，利用莫尔条纹进行折射率重建；
然后为了研究非准直光对实验结果的影响，进行如下两个实验：
沿激光入射方向向左平移第一透镜，得到扩大的非准直光束，在光屏上获得莫尔条纹，利用莫尔条纹进行折射率重建，如图2所示；
沿激光入射方向向右平移第一透镜，得到缩小的非准直光束，在光屏上获得莫尔条纹，利用莫尔条纹进行折射率重建，如图3所示；
再对准直光束、扩大的非准直光束和缩小的非准直光束下得到的莫尔条纹与折射率进行比较，得到非准直光对莫尔测量结果的影响。
利用上述方法根据图1的准直光路进行实验，并选取蜡烛燃烧流场为被测对象，得到如图4所示的莫尔条纹。
然后利用图2所示装置进行实验，将第一透镜2沿激光入射方向等距离向左平移两次，每次距离为2mm，得到两组莫尔条纹如图5a和图5b所示。
根据图3所示装置进行实验，将第一透镜2沿激光入射方向等距离的向右移动两次，每次距离为2mm，可以得到两组莫尔条纹如图6a和图6b所示。
再比较图4、5和6的莫尔条纹，可以看出非准直光对实验结果是有一定影响。当向左移动小透镜时，光路会扩大同时实验得到的莫尔条纹会向右倾斜；当向右移动小透镜时，光路会缩小同时实验得到的莫尔条纹会向左倾斜。无论向左还是向右移动，移动的距离越远倾斜的角度也越大。
本实施例进一步研究非准直光对最后温度重建结果的影响，选择了距离蜡烛顶部14.4mm的一个横截面进行重建得到的折射率如图7至9所示。图7为准直光下的折射率分布；图8a为扩大光路下平移一次的折射率分布；图8b为扩大光路下平移两次的折射率分布；图9a为缩小光路下平移一次的折射率分布；图9b为缩小光路下平移两次的折射率分布；
最后根据得到的折射率反演被测流场的温度分布如图10所示。
其中，
Figure 138729DEST_PATH_IMAGE002
表示准直光束下的温度分布，
Figure 321449DEST_PATH_IMAGE004
表示向左移动一次第一透镜2时的温度分布，
Figure 777883DEST_PATH_IMAGE006
表示向左移动两次第一透镜2时的温度分布，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
表示向右移动一次第一透镜2时的温度分布，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
表示向右移动两次第一透镜2时的温度分布。从图10可以看出，当向左移动第一透镜时，温度分布会有所增加；向右移动第一透镜时，温度分布会有所减小。
本发明的技术方案不局限于上述各实施例，凡采用等同替换方式得到的技术方案均落在本发明要求保护的范围内。

Claims (4)

1.一种判断非准直光对莫尔测量结果影响的方法，其特征在于：莫尔层析实验装置包括沿激光入射方向自左至右依次设置的激光器、扩束准直系统、光栅、第一成像透镜、光栏、第二成像透镜和光屏，所述扩束准直系统包括沿激光入射方向依次设置的第一透镜和第二透镜；
利用激光器发射准直光束，在光屏上获得莫尔条纹，利用莫尔条纹进行折射率重建；
沿激光入射方向向左平移第一透镜，得到扩大的非准直光束，在光屏上获得莫尔条纹，利用莫尔条纹进行折射率重建；
沿激光入射方向向右平移第一透镜，得到缩小的非准直光束，在光屏上获得莫尔条纹，利用莫尔条纹进行折射率重建；
对准直光束、扩大的非准直光束和缩小的非准直光束下得到的莫尔条纹与折射率进行比较，得到非准直光对莫尔测量结果的影响。
2.根据权利要求1所述判断非准直光对莫尔测量结果影响的方法，其特征在于：所述第一透镜向左和向右均平移若干次，得到若干组莫尔条纹与折射率。
3.根据权利要求2所述判断非准直光对莫尔测量结果影响的方法，其特征在于：所述第一透镜每次平移距离为2mm。
4.根据权利要求1所述判断非准直光对莫尔测量结果影响的方法，其特征在于：所述光栅包括沿激光入射方向依次设置的第一光栅和第二光栅。
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