CN112964600A - 一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置和方法，包括分光与调节光具组、合束光具组、相机和芯片，分光与调节光具组将接收到的激光进行偏振分束并调光后，得到两束平行光，其中任一束光经过待测区域至合束光具组，另外一束光直接到达合束光具组；合束光具组将接收到的两束光进行合束，通过相机得到合束的光的全息图；芯片根据全息图得到待测区域的微液滴蒸发低浓度气体密度分布，可以对微液滴蒸发的低浓度气体密度分布进行实时测量，能支持对液滴行为的精确控制，并且可以直接得到微液滴表面蒸发密度的分布情况，且本申请的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置采用了光具组模块化设计，成本低。

Description

一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置和方法

技术领域

本发明精密测量领域技术领域，尤其涉及一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置和方法。

背景技术

微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置，主要用于支持集成电路芯片制冷技术研究、微流道芯片设计、以及空间环控设备的研发中，对气液两相传热传质耦合动力学规律的研究。特别是对微液滴蒸发的低浓度气体密度分布变化的精确数字检测，是支持对液滴行为的精确控制的关键技术之一，通过对液滴蒸发至消逝过程速度的控制，可以实现维纳分子物质的自组装；

对微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量需要非接触无损的测量手段，基于Glad-Stone中对气体密度与折射率线性关系的定量描述，一般采用光学方法，例如纹影法、干涉计量等。但是，这些方法对环境光噪声较为敏感，测量结果误差较高。已经有数字全息技术用于气体密度分布测量的学术文献报道，主要针对风洞、超音速喷射流、甚至火箭发动机喷气等高密度高折射率气体密度分布的测量。但是，对于微液滴蒸发的微量低浓度气体密度分布变化测量上缺乏有效的直测技术手段。

目前，对于微液滴蒸发的低浓度气体密度的测量，一般采用液滴轮廓摄影法。通过对液滴轮廓线变化，求解液滴体积变化和质量增减，进而推算出微液滴的蒸发或冷凝导致的平均气体密度变化。但是，这种方法无法获得气体密度的空间分布的实时变化，也就无法支持对液滴行为的精确控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置和方法。

本发明的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置的技术方案如下：

包括分光与调节光具组、合束光具组、相机和芯片；

所述分光与调节光具组将接收到的激光进行偏振分束并调光后，得到两束平行光，其中任一束光经过待测区域至所述合束光具组，另外一束光直接到达所述合束光具组；

所述合束光具组将接收到的两束光进行合束，通过所述相机得到合束的光的全息图；

所述芯片根据所述全息图得到所述待测区域的微液滴蒸发低浓度气体密度分布。

在上述方案的基础上，本发明的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置还可以做如下改进。

进一步，还包括功率调节光具组，所述功率调节光具组包括依次排列布置的第一半波片和第一偏振分束棱镜，所述第一半波片用于接收激光器发射的激光；所述偏振分束棱镜用于将通过所述第一半波片的光进行偏振分束，得到第一透射光,并将所述第一透射光发送至所述分光与调节光具组。

进一步，还包括扩束准直光具组和参考光光具组，所述功率调节光具组、所述分光与调节光具、所述扩束准直光具组和所述参考光光具组依次排列布置，或者，所述功率调节光具组、所述分光与调节光具、所述扩束准直光具和所述参考光光具组依次排列布置；

所述扩束准直光具组包括依次排列布置的显微物镜、针孔和凸透镜，用于将接收到的光准直成预设直径的平行光；所述参考光光具组为两个焦距不同的凸透镜所组成的光学4F系统，用于将接收到的光与相机靶面尺寸进行匹配。

进一步，还包括物光光具组，所述物光光具组位于所述待测区域与所述合束光具组之间，所述物光光具组包括依次排列布置的至少一个凸透镜和至少一个凹透镜，用于将经过所述待测区域的光与相机靶面尺寸进行匹配。

进一步，所述分光与调节光具组包括第一反射镜和依次排列布置的第二半波片、第二偏振分束棱镜和第三半波片；

所述第二半波片用于接收通过所述扩束准直光具组的光或通过功率调节光具组的光，且通过依次排列布置的第二半波片、第二偏振分束棱镜和第三半波片将进行偏振分束并经所述第一反射镜调光后，得到两束平行光。

进一步，所述合束光具组包括第二反射镜和非偏振分束棱镜，所述第二反射镜将通过所述参考光光具组的光反射至非偏振分束棱镜，所述非偏振分束棱镜将经第二反射镜反射的光和通过所物光光具组的光进行合束。

进一步，所述芯片具体用于：

对所述全息图进行快速傅里叶变换，得到多级次频谱信息，并从所述多级次频谱信息中获取+1级频谱信息；

将所述+1级频谱信息进行傅里叶逆变换得到包含微液滴蒸发低浓度气体密度分布位相信息的重建复振幅图；

对所述重建复振幅图求解，得到包裹位相，并对所述包裹位相行位相解包裹，得到解包裹位相；

根据所述解包裹位的位相信息和气体密度之间的线性关系，得到待测区域的微液滴蒸发低浓度气体密度分布。

本发明的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置的有益效果如下：

可以对微液滴蒸发的低浓度气体密度分布进行实时测量，能支持对液滴行为的精确控制，并且可以直接得到微液滴表面蒸发密度的分布情况，且本申请的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置采用了光具组模块化设计，成本低。

本发明的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量方法的技术方案如下：

采用上述任一项所述的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置，芯片执行如下步骤：

对微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置得到的全息图进行快速傅里叶变换，得到多级次频谱信息，并从所述多级次频谱信息中获取+1级频谱信息；

将所述+1级频谱信息进行傅里叶逆变换得到包含微液滴蒸发低浓度气体密度分布位相信息的重建复振幅图；

对所述重建复振幅图求解，得到包裹位相，并对所述包裹位相行位相解包裹，得到解包裹位相；

根据所述解包裹位的位相信息和气体密度之间的线性关系，得到待测区域的微液滴蒸发低浓度气体密度分布。

本发明的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量方法的有益效果如下：

可以对微液滴蒸发的低浓度气体密度分布进行实时精确测量，能支持对液滴行为的精确控制，并且可以直接得到微液滴表面蒸发密度的分布情况。

附图说明

图1为本发明实施例的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置的结构示意图之一；

图2为本发明实施例的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置的结构示意图之二；

图3为本发明实施例的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置的结构示意图之三；

图4为全息图的处理过程的示意图；

图5为本发明实施例的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量方法的流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置，包括分光与调节光具组103、合束光具组106、相机107和芯片108；

所述分光与调节光具组103将接收到的激光20进行偏振分束并调光后，得到两束平行光，其中任一束光经过待测区域12至所述合束光具组106，另外一束光直接到达所述合束光具组106；

所述合束光具组106将接收到的两束光进行合束，通过所述相机107得到合束的光的全息图；

所述芯片108根据所述全息图得到所述待测区域12的微液滴蒸发低浓度气体密度分布。

较优地，在上述技术方案中，还包括功率调节光具组101，所述功率调节光具组101包括依次排列布置的第一半波片2和第一偏振分束棱镜3，所述第一半波片2用于接收激光器100发射的激光20；所述偏振分束棱镜用于将通过所述第一半波片2的光进行偏振分束，得到第一透射光22,并将所述第一透射光22发送至所述分光与调节光具组103。

较优地，在上述技术方案中，还包括扩束准直光具组102和参考光光具组104，所述功率调节光具组101、所述分光与调节光具、所述扩束准直光具组102和所述参考光光具组104依次排列布置，或者，所述功率调节光具组101、所述分光与调节光具、所述扩束准直光具和所述参考光光具组104依次排列布置；

所述扩束准直光具组102包括依次排列布置的显微物镜5、针孔6和凸透镜，用于将接收到的光准直成预设直径的平行光；所述参考光光具组104为两个焦距不同的凸透镜所组成的光学4F系统，用于将接收到的光与相机107靶面尺寸进行匹配。

较优地，在上述技术方案中，还包括物光光具组105，所述物光光具组105位于所述待测区域12与所述合束光具组106之间，所述物光光具组105包括依次排列布置的至少一个凸透镜和至少一个凹透镜，用于将经过所述待测区域12的光与相机107靶面尺寸进行匹配。

较优地，在上述技术方案中，所述分光与调节光具组103包括第一反射镜10和依次排列布置的第二半波片8、第二偏振分束棱镜9和第三半波片11；

所述第二半波片8用于接收通过所述扩束准直光具组102的光或通过功率调节光具组101的光，且通过依次排列布置的第二半波片8、第二偏振分束棱镜9和第三半波片11将进行偏振分束并经所述第一反射镜10调光后，得到两束平行光。

较优地，在上述技术方案中，所述合束光具组106包括第二反射镜18和非偏振分束棱镜19，所述第二反射镜18将通过所述参考光光具组104的光反射至非偏振分束棱镜19，所述非偏振分束棱镜19将经第二反射镜18反射的光和通过所物光光具组105的光进行合束。

较优地，在上述技术方案中，所述芯片108具体用于：

对所述全息图进行快速傅里叶变换，得到多级次频谱信息，并从所述多级次频谱信息中获取+1级频谱信息；

将所述+1级频谱信息进行傅里叶逆变换得到包含微液滴蒸发低浓度气体密度分布位相信息的重建复振幅图；

对所述重建复振幅图求解，得到包裹位相，并对所述包裹位相行位相解包裹，得到解包裹位相；

根据所述解包裹位的位相信息和气体密度之间的线性关系，得到待测区域12的微液滴蒸发低浓度气体密度分布。

可以对微液滴蒸发的低浓度气体密度分布进行实时测量，能支持对液滴行为的精确控制，并且可以直接得到微液滴表面蒸发密度的分布情况，且本申请的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置采用了光具组模块化设计，成本低。

其中，微液滴指直径不大于1mm的液滴，低浓度指的是：浓度分布变动范围引起透射光位相变化不大于2π。位相2π变化对于不同种类物质气体，换算出的浓度变化不同，例如FC72，位相2π变化对应浓度变化为0.007kg/m3。

下面通过两个实施例对本申请的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置进行详细阐述。

实施例1，如图2所示，本申请的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置包括激光器100、功率调节光具组101、分光与调节光具组103、扩束准直光具组102，物光光具组105，参考光光具组104，合束光具组106和相机107，其中，功率调节光具组101、所述扩束准直光具组102、所述分光与调节光具、和所述参考光光具组104依次排列布置；

功率调节光具组101包括依次排列布置的第一半波片2和第一偏振分束棱镜3；

分光与调节光具组103包括第一反射镜10和依次排列布置的第二半波片8、第二偏振分束棱镜9和第三半波片11；

所述扩束准直光具组102包括依次排列布置的显微物镜5、针孔6和第一凸透镜7；

所述物光光具组105位于所述待测区域12与所述合束光具组106之间，所述物光光具组105包括依次排列布置的至少一个凸透镜和至少一个凹透镜；具体包括依次排列布置的第二凸透镜13、第一凹透镜14和第三凸透镜15；

所述参考光光具组104为两个焦距不同的凸透镜所组成的光学4F系统，两个焦距不同的凸透镜分别为第四凸透镜16和第五凸透镜17；准直平行光经过光学4F系统依然是准直平光，光束直径按照2片凸透镜焦距的比值即第三凸透镜15的焦距和第四凸透镜16的焦距的比值发生变化；

所述合束光具组106包括第二反射镜18和非偏振分束棱镜19；

具体光路如下：

1)激光器100发出一束激光20至功率调节光具组101的第一半波片2，第一半波片2接收激光器100发射的激光20后，再发至第一偏振分束棱镜3，第一偏振分束棱镜3用于将通过所述第一半波片2的光进行偏振分束，得到第一透射光22和第一反射光21，可以理解的是，第一偏振分束棱镜3的第一透射光22或第一反射光21的偏振比都会有所提高，也可通过旋转第一半波片2，以连续调节第一透射光22和第一反射光21之间的能量比值，为便于后续计算，优选地，调节第一透射光22和第一反射光21之间的能量比值为1:1；

其中，允许选用偏振态较差的低成本激光器100，功率调节光具组101中还包括吸光器4，第一反射光21进入吸光器4，并被吸光器4吸收，防止造成光污染等，而且，根据用户对偏振态的具体要求和对激光20调节范围的要求，可以将多个功率调节光具组101进行串联使用；

2)第一透射光22发射至扩束准直光具组102的显微物镜5，并依次通过针孔6和第一凸透镜7，将接收到的光即第一透射光22准直成预设直径的平行光即第二透射光23；具体地：

第一透射光22进入显微物镜5，在显微物镜5的出光口附近且光束直径极小处放置针孔6，以只让从显微物镜5的出光口射出的光束的中央亮斑通过，通过针孔6透射出的光束呈扩散状，在距离针孔61倍第二透射光23的焦距处放置第二透射光23，将针孔6透射出的呈扩散状的光束准直为平行光，可以理解的是：

通过选用不同焦距的第二透射镜，经准直后可以得到不同直径的平行光。通过选用不同放大倍率的显微物镜5，在同样焦距的第二透射镜条件下，可以得到不同直径的平行光，以满足要求；

3)第二透射光23发射至分光与调节光具组103的第二半波片8，第二半波片8接收通过扩束准直光具组102的光即第二透射光23，且通过依次排列布置的第二半波片8、第二偏振分束棱镜9和第三半波片11，将进行偏振分束并经所述第一反射镜10调光后，得到两束平行光，具体地：

第二偏振分束棱镜9将通过第二半波片8的光进行正交分束，得到第三透射光24和第二反射光25，第三透射光24通过第三半波片11得到第四透射光26；第二反射光25射至第一反射镜10，第一反射镜10对第二反射光25进行偏折90°后反射，得到第三反射光27，两束平行光分别为：第四透射光26和第三反射光27，即第四透射光26和第三反射光27平行；

其中，通过旋转第二半波片8，可以连续调节第三透射光24和第二反射光25的能量比值。通过旋转第三半波片11，可将第四透射光26和第三反射光27的偏振态调节至一致；

其中，第四透射光26可定义为参考光，不通过待测区域12，第三反射光27可定义为物光，通过待测区域12；

4)第四投射光即参考光射入并依次通过参考光光具组104的第三凸透镜15和第四凸透镜16，得到第五透射光29，也就是说，参考光光具组104将接收到的光即第四投射光与相机107靶面尺寸进行匹配，得到第五透射光29，第五透射光29射至合束光具组106中的第二反射镜18，第二反射镜18将通过所述参考光光具组104的光即第五透射光29反射得到第五反射光30，第五反射光30射至非偏振分束棱镜19；

第三反射光27即物光依次通过待测区域12、物光光具组105中的第二凸透镜13、第一凹透镜14和第三凸透镜15，得到第四反射光28；第四反射光28射至合束光具组106中的非偏振分束棱镜19；

非偏振分束棱镜19将经第二反射镜18反射的光即第五反射光30和通过所物光光具组105的光即第四反射光28进行合束，得到第一合束光31，第一合束光31射至相机107，得到合束的光即第一合束光31的全息图；

其中，所述参考光光具组104将接收到的光与相机107靶面尺寸进行匹配，以及物光光具组105将经过所述待测区域12的光与相机107靶面尺寸进行匹配，可理解为：将四投射光即参考光和第三反射光27即物光在相机107靶面上的光斑直径一致且重合；

其中，合束光具组106的第二反射镜18将第四投射光偏折所得到的第五反射光30与第五透射光29在非偏振分束棱镜19中交汇，通过调节第二反射镜18的俯仰和偏航，以及非偏振分束棱镜19的俯仰和偏航，使得参考光与物光夹角在俯仰和偏航方向上投影的夹角相等，并且在相机107靶面上重合；

其中，相机107可选用像元尺寸尽量小的工业相机107CCD或者CMOS，像元数量由视场和分辨率决定。相机107将物光和参考光具体为第五反射光30和第五透射光29的干涉条纹记录以图片形式记录下来，得到全息图，即数字全息图。

5)所述芯片108用于：

对所述全息图进行快速傅里叶变换，得到多级次频谱信息，并从所述多级次频谱信息中获取+1级频谱信息；

将所述+1级频谱信息进行傅里叶逆变换得到包含微液滴蒸发低浓度气体密度分布位相信息的重建复振幅图；

对所述重建复振幅图求解，得到包裹位相，并对所述包裹位相行位相解包裹，得到解包裹位相；

根据所述解包裹位的位相信息和气体密度之间的线性关系，得到待测区域12的微液滴蒸发低浓度气体密度分布。

具体地，如图4所示，图4b为全息图，对图4b进行局部放大得到图4a，从图4a中可以看出，记录干涉条纹对比度高，清晰可见，说明分光与调节光具组103中的第三半波片11对偏振一致性的调节是有效的，也就是说，能有效将第四透射光26和第三反射光27的偏振态调节至一致；

对所述全息图进行快速傅里叶变换，得到多级次频谱信息，多级次频谱信息即全息图的快速傅里叶变换结果如图4c所示，多级次频谱信息中的+1级频谱信息，0级频谱信息和-1级频谱信息有效地分开，允许几乎无串扰地提取有效信息即+1级频谱信息，说明通过合束光具组106的第二反射镜18和非偏振分束棱镜19可以使得物光和参考光具体为第五反射光30和第五透射光29的夹角调节到合适的数值；

将所述+1级频谱信息进行傅里叶逆变换得到包含微液滴蒸发低浓度气体密度分布位相信息的重建复振幅图，重建复振幅图如图4d所示，没有明显噪声，验证了在信息提取过程中可以有效地去除干扰信息的影响，

对所述重建复振幅图求解，得到包裹位相，包裹位相如图4e所示，对所述包裹位相行位相解包裹，得到解包裹位相；解包裹位相如图4f所示，从图4e和图4f中可以看出，包裹位相和解包裹位相位相分布趋势几乎是一致的，说明微液滴蒸发气体波动引起的位相变化小于一个2π周期，这是非常微弱的，但在本发明的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置依然可以测量得到。根据解包裹位相的位相信息计算得到的气体密度分布，验证了本发明的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置是切实可行的。

实施例2，如图3所示，本申请的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置包括激光器100、功率调节光具组101、分光与调节光具组103，物光光具组105，参考光光具组104，合束光具组106、相机107和2个扩束准直光具组102，其中，功率调节光具组101、所述分光与调节光具、所述扩束准直光具组102和所述参考光光具组104依次排列布置；

功率调节光具组101包括依次排列布置的第一半波片2和第一偏振分束棱镜3；

分光与调节光具组103包括第一反射镜10和依次排列布置的第二半波片8、第二偏振分束棱镜9和第三半波片11；

所述扩束准直光具组102包括依次排列布置的显微物镜5、针孔6和第一凸透镜7；

所述物光光具组105位于所述待测区域12与所述合束光具组106之间，所述物光光具组105包括依次排列布置的至少一个凸透镜和至少一个凹透镜；具体包括依次排列布置的第二凸透镜13、第一凹透镜14和第三凸透镜15；

所述参考光光具组104为两个焦距不同的凸透镜所组成的光学4F系统，两个焦距不同的凸透镜分别为第四凸透镜16和第五凸透镜17；准直平行光经过光学4F系统依然是准直平光，光束直径按照2片凸透镜焦距的比值即第三凸透镜15的焦距和第四凸透镜16的焦距的比值发生变化；

所述合束光具组106包括第二反射镜18和非偏振分束棱镜19；

具体光路如下：

1)激光器100发出一束激光20至功率调节光具组101的第一半波片2，第一半波片2接收激光器100发射的激光20后，再发至第一偏振分束棱镜3，第一偏振分束棱镜3用于将通过所述第一半波片2的光进行偏振分束，得到第一透射光22和第一反射光21，可以理解的是，第一偏振分束棱镜3的第一透射光22或第一反射光21的偏振比都会有所提高，也可通过旋转第一半波片2，以连续调节第一透射光22和第一反射光21之间的能量比值，为便于后续计算，优选地，调节第一透射光22和第一反射光21之间的能量比值为1:1；

其中，允许选用偏振态较差的激光器100，功率调节光具组101中还包括吸光器4，第一反射光21进入吸光器4，并被吸光器4吸收，防止造成光污染等，而且，根据用户对偏振态的具体要求和对激光20调节范围的要求，可以将多个功率调节光具组101进行串联使用；

2)第一透射光22发射至分光与调节光具组103的第二半波片8，第二半波片8接收通过扩束准直光具组102的光即第一透射光22，且通过依次排列布置的第二半波片8、第二偏振分束棱镜9和第三半波片11，将进行偏振分束并经所述第一反射镜10调光后，得到两束平行光，具体地：

第二偏振分束棱镜9将通过第二半波片8的光进行正交分束，得到第六透射光32和第六反射光33，第六透射光32通过第三半波片11射入扩束准直光具组102的显微物镜5；

第六反射光33射至第一反射镜10，第一反射镜10对第六反射光33进行偏折90°后反射，得到第七反射光34；

两束平行光分别为：射入扩束准直光具组102的显微物镜5的光和第七反射光34；

其中，通过旋转第二半波片8，可以连续调节第六透射光32和第六反射光33的能量比值。通过旋转第三半波片11，可将射入扩束准直光具组102的显微物镜5的光和第七反射光34的偏振态调节至一致；

3)第六透射光32通过第三半波片11射入扩束准直光具组102的显微物镜5，并依次通过针孔6和第一凸透镜7，得到预设直径的平行光即第七透射光35；具体地：

第六透射光32通过第三半波片11射入扩束准直光具组102的显微物镜5，在显微物镜5的出光口附近且光束直径极小处放置针孔6，以只让从显微物镜5的出光口射出的光束的中央亮斑通过，通过针孔6透射出的光束呈扩散状，在距离针孔61倍第二透射光23的焦距处放置第二透射光23，将针孔6透射出的呈扩散状的光束准直为平行光，可以理解的是：

通过选用不同焦距的第二透射镜，经准直后可以得到不同直径的平行光。通过选用不同放大倍率的显微物镜5，在同样焦距的第二透射镜条件下，可以得到不同直径的平行光，以满足要求；

第七透射光35射入并依次通过参考光光具组104的第三凸透镜15和第四凸透镜16，得到第八透射光37；

第七反射光34通过另外一个扩束准直光具组102射入待测区域12后，得到第八反射光36；

第八反射光36通过物光光具组105得到第九反射光38；

4)合束光具组106中的第二反射镜18将通过所述参考光光具组104的光即第八透射光37反射得到第十反射光39，第十反射光39射至非偏振分束棱镜19，第九反射光38也射至非偏振分束棱镜19，非偏振分束棱镜19将经第二反射镜18反射的光即第十反射光39和通过所物光光具组105的光即第九反射光38进行合束，得到第二合束光40，第二合束光40射至相机107，得到合束的光即第二合束光40的全息图，芯片108根据第二合束光40的全息图得到待测区域12的微液滴蒸发低浓度气体密度分布。

该实施例中，经功率调节光具组101的第一偏振分光棱镜的输出光束直接进入分光与调节光具组103的第二半波片8。先完成分束过程，然后物光即第七反射光34和参考光即第六透射光32分别由构成完全相同的扩束光具组进行扩束准直。该实施例的优势是不再受到分光与调节光具组103中的第二偏振分光棱镜的尺寸限制，更自由地根据待测气体密度的实际需要视场范围进行扩束准直，适用于大视场范围要求的应用。

如图5所示，本发明实施例的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量方法，采用上述任一项所述的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置，芯片执行如下步骤：

S1、对微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置得到的全息图进行快速傅里叶变换，得到多级次频谱信息，并从所述多级次频谱信息中获取+1级频谱信息；

S2、将所述+1级频谱信息进行傅里叶逆变换得到包含微液滴蒸发低浓度气体密度分布位相信息的重建复振幅图；

S3、对所述重建复振幅图求解，得到包裹位相，并对所述包裹位相行位相解包裹，得到解包裹位相；

S4、根据所述解包裹位的位相信息和气体密度之间的线性关系，得到待测区域12的微液滴蒸发低浓度气体密度分布。

可以对微液滴蒸发的低浓度气体密度分布进行实时精确测量，能支持对液滴行为的精确控制，并且可以直接得到微液滴表面蒸发密度的分布情况。

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置，其特征在于，

包括分光与调节光具组、合束光具组、相机和芯片；

所述分光与调节光具组将接收到的激光进行偏振分束并调光后，得到两束平行光，其中任一束光经过待测区域至所述合束光具组，另外一束光直接到达所述合束光具组；

所述合束光具组将接收到的两束光进行合束，通过所述相机得到合束的光的全息图；

所述芯片根据所述全息图得到所述待测区域的微液滴蒸发低浓度气体密度分布。

2.根据权利要求1所述的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置，其特征在于，还包括功率调节光具组，所述功率调节光具组包括依次排列布置的第一半波片和第一偏振分束棱镜，所述第一半波片用于接收激光器发射的激光；所述偏振分束棱镜用于将通过所述第一半波片的光进行偏振分束，得到第一透射光,并将所述第一透射光发送至所述分光与调节光具组。

3.根据权利要求2所述的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置，其特征在于，还包括扩束准直光具组和参考光光具组，所述功率调节光具组、所述分光与调节光具、所述扩束准直光具组和所述参考光光具组依次排列布置，或者，所述功率调节光具组、所述分光与调节光具、所述扩束准直光具和所述参考光光具组依次排列布置；

所述扩束准直光具组包括依次排列布置的显微物镜、针孔和凸透镜，用于将接收到的光准直成预设直径的平行光；所述参考光光具组为两个焦距不同的凸透镜所组成的光学4F系统，用于将接收到的光与相机靶面尺寸进行匹配。

4.根据权利要求3所述的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置，其特征在于，还包括物光光具组，所述物光光具组位于所述待测区域与所述合束光具组之间，所述物光光具组包括依次排列布置的至少一个凸透镜和至少一个凹透镜，用于将经过所述待测区域的光与相机靶面尺寸进行匹配。

5.根据权利要求4所述的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置，其特征在于，所述分光与调节光具组包括第一反射镜和依次排列布置的第二半波片、第二偏振分束棱镜和第三半波片；

所述第二半波片用于接收通过所述扩束准直光具组的光或通过功率调节光具组的光，且通过依次排列布置的第二半波片、第二偏振分束棱镜和第三半波片将进行偏振分束并经所述第一反射镜调光后，得到两束平行光。

6.根据权利要求4所述的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置，其特征在于，所述合束光具组包括第二反射镜和非偏振分束棱镜，所述第二反射镜将通过所述参考光光具组的光反射至非偏振分束棱镜，所述非偏振分束棱镜将经第二反射镜反射的光和通过所物光光具组的光进行合束。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置，其特征在于，所述芯片具体用于：

对所述全息图进行快速傅里叶变换，得到多级次频谱信息，并从所述多级次频谱信息中获取+1级频谱信息；

将所述+1级频谱信息进行傅里叶逆变换得到包含微液滴蒸发低浓度气体密度分布位相信息的重建复振幅图；

对所述重建复振幅图求解，得到包裹位相，并对所述包裹位相行位相解包裹，得到解包裹位相；

根据所述解包裹位的位相信息和气体密度之间的线性关系，得到待测区域的微液滴蒸发低浓度气体密度分布。

8.一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的一种微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置，芯片执行如下对微液滴蒸发的低浓度气体密度分布的测量装置得到的全息图进行快速傅里叶变换，得到多级次频谱信息，并从所述多级次频谱信息中获取+1级频谱信息；

将所述+1级频谱信息进行傅里叶逆变换得到包含微液滴蒸发低浓度气体密度分布位相信息的重建复振幅图；

对所述重建复振幅图求解，得到包裹位相，并对所述包裹位相行位相解包裹，得到解包裹位相；

根据所述解包裹位的位相信息和气体密度之间的线性关系，得到待测区域的微液滴蒸发低浓度气体密度分布。

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