CN113252295A - 基于四棱锥传感器的流场测量仪及流场测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于四棱锥传感器的流场测量仪及流场测量方法，所述流场测量仪由准直系统、信号探测系统以及计算复原系统构成，准直系统能投射与流场垂直且光强分布均匀的平行光；信号探测系统包括依次设置的聚焦光学元件、四棱锥镜、成像透镜及光电图像探测器，以使经流场的探测光聚焦于四棱锥镜顶点后，偏折形成四个光束，并经由成像透镜在光电图像探测器上成像为四个光瞳像；计算复原系统利用读取的四个光瞳像，通过比较水平、竖直两个方向的光瞳像的光强分布差异得到两个方向的测量信号，再利用波前复原算法重构流场的波前畸变。本发明适用于对非对称流场的整个区域的流场结构进行测量；且具有采样率高以及光能利用率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于流场测量的波前传感器，具体来讲，涉及一种基于四棱锥传感器的流场测量仪及流场测量方法，属于光学非接触流场测量技术领域。
背景技术
流场尤其是高速流场涉及复杂的流场结构，严重影响流场中飞行器的性能，研究高速流场检测技术就显得尤为重要。非接触式光学测量技术因其高速、无干扰，能够实现时间信息和空间信息的完美结合得到长足的发展。
非接触式光学测量技术种类众多[范洁川. 近代流动显示技术[M],2002；李桂春.气动光学[M,2007；李桂春. 风洞试验光学测量方法[M],2008；Measurement Science andTechnology, 28(4),042001,2017]，根据测量物理量不同可分为：1、测量流场密度，如：阴影法、纹影法、背影纹影法、干涉法、辉光放电等；2、测量速度，如：热线风速计、激光多普勒测速计、粒子成像测速计等；3、测量温度，如：拉曼散射光谱法、分子瑞利散射法、激光诱导荧光法等。
纹影法[风洞试验光学测量方法[M],2008；Measurement Science andTechnology,28(4),042001,2017]，因光路简洁、抗干扰性好，能够直观的显示流场结构，被广泛的应用到流场检测中，多用于定性研究。但是近年来，随着空气动力学研究及相关的工程应用的发展，对定量化测量技术的需求越来越强烈。
于2020年08月07日公开的公开号为CN111498141A的中国专利申请公开了一种基于微型探针实现气流角度实时监测的方法与装置。该发明专利申请公开了一种用于实现气流角度实时监测的微型探针，由楔形部和四棱锥形状的截椎体两部分一体化形成，在四棱锥表面加工探针孔，用于测量气流压力；还提供一种利用微型探针实现气流角度实时监测的方法，利用微型探针对流场进行实时监测以获得来流角度。该发明专利申请利用微型探针对气流角度进行实时监测能够在减少对流场扰动并改善流动分离的基础上实施精确测量，为后续操作提供输入指令，在实际流场测量与使用性能耦合方面具有一定应用前景。然而，该发明专利申请无法实现对流场结构的定量测量。
于2018年03月16日公开的公开号为CN107808049A的中国发明专利申请公开了基于多孔介质三维微观结构模型的DNAPL迁移数值模拟方法，其通过建立了正四棱锥的三维微观结构模型，利用可见光微观成像技术通过可见光对半透明多孔介质的孔隙度进行准确测定，接着用多孔介质三维微观结构的模型计算出渗透率和毛管进入压力。基于对半透明多孔介质渗透率和毛管进入压力的精确测定，用相对梯度误差定量评估典型单元体的尺度。用UTCHEM建立重非水相污染物迁移模型，以REV作为网格尺度对二维半透明多孔介质进行剖分，从而提高DNAPL迁移的模拟精度，实现对模型剖分网格的定量化确定。本方法实现了对多孔介质性质和网格尺度的更准确的定量确定，在对DNAPL在含水层中的迁移乃至修复过程的准确模拟和制定相应的污染物修复方案具有较强的适用性。然而，该发明专利申请同样无法实现对流场结构的定量测量。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种针对非对称性流场区域的波前畸变的测量装置和测量方法。又如，本发明的另一目的在于提供一种适合非对称性流场区域测量的波前传感器，克服现有纹影仪的无法同时显示正交方向流场结构信息，无法进行定量或半定量检测流场折射率变化带来的波前畸变问题。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种基于四棱锥传感器的流场测量仪，所述流场测量仪由准直系统、信号探测系统以及计算复原系统构成，其中，所述准直系统设置在流场的一侧，能够投射与流场垂直且光强分布均匀的平行光；所述信号探测系统设置在流场的另一侧且包括按照光路依次设置的聚焦光学元件、四棱锥镜、成像透镜以及光电图像探测器，其中，所述聚焦光学元件将经过流场的探测光聚焦于其后焦平面处的四棱锥镜的顶点，所述四棱锥镜能够将聚焦后的光折射后形成偏折的四个光束，所述成像透镜能够使所述四个光束经过并在光电图像探测器上成像形成四个光瞳像；所述计算复原系统与所述光电图像探测器连接，并能够从所述光电图像探测器读取四个光瞳像，通过比较水平方向和竖直方向两个光瞳像的光强分布差异从而得到两个方向的测量信号，再利用波前复原算法重构流场的波前畸变。
本发明的另一方面提供了一种基于四棱锥传感器的流场测量方法，所述流场测量方法包括以下步骤：从流场的一侧投射与流场垂直且光强分布均匀的平行光；在流场的另一侧将经过流场的探测光（即所述平行光经过流场后，携带了流场畸变而形成的光）聚光至四棱锥镜的顶点处，以形成偏折的四个光束，通过成像透镜将所述四个光束成像为四个光瞳像；读取四个光瞳像的光强，通过比较水平方向和竖直方向两组光瞳像的光强分布差异从而得到两个方向的测量信号，再利用波前复原算法重构流场的波前畸变。也就是说，本发明的流场测量方法能够基于四棱锥传感器形成四个相互垂直的1/4刀口像，同时进行两个正交方向的纹影测量，从而能够提供更多的流场结构信息。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：
(1) 能够对非对称流场的整个区域的结构进行测量；
(2) 定性测量方面，与传统纹影仪相比，同时保留两个相互垂直方向的信息，尤其适合于非对称流场的整个区域的显示，可更好的获取流场结构；
(3) 定量测量方面，可以定量测量由于流场密度变化产生的波前畸变误差，具有采样率高，以及光能利用率高的优点。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和/或特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了本发明的基于四棱锥传感器的流场测量仪的一个示例性实施例的原理示意图；
图2示出了模拟演示用的湍流相位屏的波面；
图3a示出了四个光瞳像在光电图像探测器上的布局，图3b示出了图2中湍流相位屏在光电图像探测器上的四个光瞳像；
图4a和图4b分别示出了从图3b得到的两个方向信号S x 和S y ；
图5a和图5b分别示出了采用本发明的基于四棱锥传感器的流场测量仪的一个示例性实施得到的复原波前和残余波前的示意图。
附图标记说明如下：
1-光源、2-会聚透镜、3-针孔、4-准直光学元件、5-流场、6-调节倾斜镜、7-聚焦光学元件、8-四棱锥镜、9-成像透镜、以及10-光电图像探测器。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的基于四棱锥传感器的流场测量仪及流场测量方法。
图1示出了本发明的基于四棱锥传感器的流场测量仪的一个示例性实施例的原理示意图。
在本发明的一个示例性实施例中，如图1所示，基于四棱锥传感器的流场测量仪可由准直系统、信号探测系统以及计算复原系统构成。
所述准直系统可设置在流场的一侧，能够投射与流场垂直且光强分布均匀的平行光。例如，所述光强分布均匀可以指，光强起伏的均方根误差小于或等于平均光强的百分之五。这里，所说的与流场垂直是指平行光的方向与流场的整体流向基本垂直。如图1所示，准直系统可由按照光路依次由光源1、会聚透镜2、针孔3以及准直光学元件4构成，并被设置在流场的一侧（例如，图1中流场5的左侧），从而能够向流场投射基本垂直的平行光。具体来讲，准直系统中的会聚透镜2将光源1成像到准直光学元件4的焦点处；同时，放置在该焦点处的针孔3对光源的像进行低通空间滤波，确保出射平行光的光强分布均匀，并减少光束的原始相位误差。
所述信号探测系统可设置在流场的另一侧（例如，图1中流场5的右侧），且包括按照光路依次设置的调节倾斜镜6，聚焦光学元件7、四棱锥镜8、成像透镜9以及光电图像探测器10。其中，所述聚焦光学元件7将经过流场后的平行光（也可称为携带了流场畸变的探测光），聚焦于其后焦平面处的四棱锥镜8的顶点；所述四棱锥镜8能够将聚焦后的光折射后形成偏折的四个光束；所述成像透镜9能够使所述四个光束经过并成像到光电图像探测器10（例如，CCD或ICCD图像探测器）。光路中，聚焦光学元件7与成像透镜9之间的距离不小于二者焦距之和，从而构成一个新的成像系统，成像性质可以由物象关系计算。例如，入射光瞳在流场5内，位于聚焦光学元件7的前焦平面。
例如，聚焦光学元件7可选择反射离轴抛物镜，焦距用f 1表示。成像透镜9为聚焦透镜，焦距为f 2。如图1依次放置，共用焦平面，形成具有缩放功能的4f系统，缩放比为
，光瞳像大小， 
，其中，D为入射光瞳的直径。四棱锥镜8可以为传统光学器件加工工艺制作的金字塔形状的折射式棱镜，底角
，
为光电图像探测器10平面上相邻的光瞳像中心距离与光瞳像直径的比值，
，n为四棱锥镜材料的折射率。
这里，进一步优选地，四棱锥镜8的顶点放置在聚焦光学元件7的后焦平面处，且四棱锥镜8的面形均方根误差
，棱锥面相交处的棱宽小于
，能够对光线整体偏折。其中，λ为波长。
此外，还可在聚焦光学元件7与流场5的所述另一侧之间设置用于将穿过流场后的探测光反射至聚焦光学元件7的调节倾斜镜6，以便进一步调整和优化信号探测系统中的光路结构和位置关系，而且进一步确保平行光携带的流场相位探测光被聚焦光学元件7会聚后的焦斑，落在四棱锥镜8的顶点上。例如，调节倾斜镜6可以为高速倾斜镜，以便快速调整倾斜角度。
所述计算复原系统与所述光电图像探测器10连接，并能够从所述光电图像探测器读取四个光瞳像，随后通过比较水平和竖直方向两个光瞳像的光强分布差异从而得到两个方向的测量信号，再利用波前复原算法重构流场的波前畸变。光电图像探测器10与流场内探测光瞳面满足物象关系，可以利用二次成像计算摆放位置。光电图像探测器10可以是一个或者多个，单个光学探测器的靶面的最短长度大于
。多个光瞳像在同一个光电探测器内，需要保证相邻光瞳像中心距离大于两倍光瞳像的直径。在进行流场的波前畸变的重构时，能够利用四个光瞳像之间的光强差异得到两个正交方向的波前斜率，
再利用波前复原算法计算波前畸变在本示例性实施例中，准直系统产生的平行光，通过流场5后，受流场不均匀气流的影响，形成光学相位调制，经聚焦光学元件7聚焦于其后焦平面处的四棱锥镜8的顶点，被四棱锥镜折射后形成偏折的四个光束，再经过成像透镜9，将被探测面的共轭像成像到光电图像探测器10。光电图像探测器与计算复原系统相连，利用计算复原系统读取四个光瞳像，通过比较水平和竖直方向两个光瞳像的光强分布差异可以得到两个方向的测量信号，再利用波前复原算法重构波前畸变。
采用模式法进行波前复原时，待测波前畸变（即，待测流场波前畸变）可以描述为
，其中
为第m阶的Zernike多项式，1≤m≤N ，a m 为相应的系数，N表示所取的Zernike阶数，
为待测畸变波前的坐标。从波前斜率到波前重构的时候，所用响应矩阵由N个列向量构成，第m列向量由：
给出，其中，P(x)和P(y)分别表示过探测点(x, y)垂直于坐标轴y和x的直线与光瞳函数 P(x, y)边界的交点，λ为波长，(x′, y′)、(x1, y1)、(x2, y2)分别表示光瞳内三个任意点的坐标，y0表示光瞳P(x, y)在y轴的最大范围。
流场在入射光瞳处引起的波前畸变用
表示，入射光振幅用u o表示，则入射光瞳处的复振幅可以表示为：
其中，x和y表示入射光瞳处的坐标，i表示虚部单位，
为光瞳函数，λ为波长。波前畸变被调节倾斜镜反射到离轴抛物反射镜上，被聚焦到四棱锥镜顶点后，再经过成像透镜9在CCD图像探测器的靶面上形成的4个光瞳像，光强分别用I 1(x, y)，I 2(x, y)，I 3(x, y)和I 4(x, y)表示，通过光强的加减运算可以得到在x和y方向的信号S x 和S y 。则信号与波前畸变的关系满足：
公式(6)和(7)中积分上下限
和
，表示过
分别垂直于y轴和x轴的直线与光瞳函数边界交点的数值。
1）当
较小时，
，如果将待测畸变波前在正交基上进行线性分解，信号与波前斜率之间就满足线性关系。在圆形口径时，经常使用Zernike模式作为正交基，如，
，N表示所取的Zernike阶数，
和
分别表示第m阶Zernike系数和多项式。
当
较小时，公式(6)和(7)中的正弦函数可用其泰勒展开式中的第一项来近似表示，于是上面两式可以写成：
波前复原矩阵G的元素
和
，
采用模式法波前复原时，可预先求解
与
，由此建立线性响应矩阵G，此时，公式(8)和(9)的矩阵形式可以表示为
，A为Zernike系数向量，进一步采用奇异值分解法（SVD）求出此响应矩阵的广义逆G + 。M表示待测畸变波前的空间采样点数（也可称为空间采样率），N表示模式复原时所取Zernike模式阶数，待测波前的各阶Zernike系数通过下式计算：
A=G + S （12）
其中，
图2至图5b构成了对上述示例性实施例的一个具体应用示例。
图2示出了模拟演示用的湍流相位屏的波面，相当于数值模拟出的待测流场区域的实际波前畸变情况。在图2中，横坐标轴和纵坐标轴分别表示相位面的像素，实际单位(D/N r) ，D表示光瞳直径，N r表示直径上的像素个数，右侧的条形标尺从上而下对应与深红色至深蓝色；图5a和图5b中的横坐标轴、纵坐标轴和条形标尺具有同样的含义。
图2大致呈现出不同的区域，其中，中心区域（大致对应于横坐标7～50且纵坐标为20～40的区域）呈现为由浅入深的红色，右下侧条带（大致对应于横坐标50～60且纵坐标为50～60的条带）呈现为红色；左上侧的条带和下侧的条带（大致分别对应于横坐标4～20且纵坐标为3～24的区域和横坐标10～38且纵坐标为55～63的区域）呈现为蓝色，红色和蓝色之间的区域为过渡状态。
图3a示出了四个光瞳像在光电图像探测器上的布局，其横向表示x方向，纵向表示y方向；图3b示出了图2中湍流相位屏在光电图像探测器上的四个光瞳像。通过光电图像能够得到对应于图2的4个光瞳像及其光强I 1，I 2，I 3和I 4。
图4a和图4b分为示出了从图3b利用公式(1)和(2)计算得到的两个方向信号S x 和S y 。如图4a所示，左上的大片联结图案以及与其连接的贴近圆边缘的条带状图案为红色；其它的图案（即从右侧圆边缘延伸至圆内部的不规则形状、以及位于圆边缘最上方的小条带）呈蓝色。如图4b所示，上部的半圆状图案和下部的倾斜小条带呈红色，其它图案（即下部的半圆状图案和位于上部顶上的断续条带）呈蓝色。在图4a和图4b中，横坐标轴和纵坐标轴分别表示相位面的像素，实际单位(D/N r) ；右侧的条形标尺从上而下对应与深红色至深蓝色，单位为1，这里的条形标尺与图2具有不同含义，其相当于将两个方向信号S x 和S y 的最大值和最小值进行一个类归一化处理，从而以更好的可视化效果体现其分布特征。
图5a示出了采用示例的流场测量仪，即，利用公式(12)得到Zernike多项式的系数，利用
就可以得到复原波面；图5b示出了图5a与原始波前（图2）相减后的残余波前的示意图。图5a呈现出不同的区域，其中，中心区域（大致对应于横坐标7～50且纵坐标为20～40的区域）呈现为由浅入深的红色，右下侧小条带（大致对应于横坐标50～60且纵坐标为50～60的条带）呈现为红色；左上侧的宽条带和下侧的宽条带（大致分别对应于横坐标3～20且纵坐标为3～30的区域和横坐标10～40且纵坐标为55～63的区域）呈现为蓝色，红色和蓝色之间的区域为过渡状态。如图5a所示，本示例重构出的复原波前畸变图与图2的实际波前畸变非常接近。如图5b所示，残余波前畸变直观地示出了图5a的复原波前畸变与图2的实际波前畸变的差异，其中，除了位于左上、右上、左下的3个处于圆边缘处的细小条带外，无明显呈红色和蓝色的区域。显然，通过图5b，可以看出图5a的复原波前畸变与图2的实际波前畸变的差异很小。也就是说，本发明的流场测量仪和流场测量方法能够准确的定量测量出非对称性流场区域的波前畸变。
另外，当待测波前畸变（或称待测像差）
较大（例如，当
较大而无法满足
时，公式(6)和(7)到公式(8)和(9)的近似过程将会产生较大的偏差，因而测量结果只能体现待测畸变波前的方向，可实现流场半定量化的检测。
在本发明的另一个示例性实施例中，基于四棱锥传感器的流场测量方法可采用如上所示的流场测量仪来实现。
例如，所述流场测量方法可包括以下步骤：
从流场的一侧投射与流场垂直且光强分布均匀的平行光。例如，可通过如图1所示的准直系统来实现，从流场的一侧投射与流场垂直且光强分布均匀的平行光。准直系统可由按照光路依次由光源1、会聚透镜2、针孔3以及准直光学元件4构成，并被设置在流场的一侧（例如，图1中流场5的左侧），从而能够向流场投射基本垂直的平行光。具体来讲，准直系统中的会聚透镜2将光源1成像到准直光学元件4的焦点处；同时，放置在该焦点处的针孔3对光源的像进行低通滤波，确保出射平行光的光强分布均匀，并减少光束的原始相位误差。
在流场的另一侧将经过流场的探测光聚光至四棱锥镜的顶点处，以形成偏折的四个光束，通过成像透镜将所述四个光束成像为四个光瞳像。例如，可通过如图1所示的信号探测系统来形成四个光瞳像。信号探测系统可设置在流场的另一侧（例如，图1中流场5的右侧），且包括按照光路依次设置的聚焦光学元件7、四棱锥镜8、成像透镜9以及光电图像探测器10。其中，所述聚焦光学元件7将经过流场后的平行光聚焦于其后焦平面处的四棱锥镜8的顶点；所述四棱锥镜8能够将聚焦后的光折射后形成偏折的四个光束；所述成像透镜9能够使所述四个光束经过并成像到光电图像探测器10（例如，CCD或ICCD图像探测器）。沿光路设置的聚焦光学元件7、四棱锥镜8和成像透镜9中，聚焦光学元件7与成像透镜9之间的距离不小于二者焦距之和，从而构成一个新的成像系统，成像性质可以由物象关系计算。入射光瞳在流场5内，位于聚焦光学元件7的前焦平面。此外，还可在聚焦光学元件7与流场5的所述另一侧之间设置用于将穿过流场后的探测光反射至聚焦光学元件7的调节倾斜镜6，以便进一步调整和优化信号探测系统中的光路结构和位置关系，而且有利于进一步确保平行光携带的流场相位被聚焦光学元件7会聚后的焦斑，落在四棱锥镜8的顶点上。例如，调节倾斜镜6可以为高速倾斜镜，以便快速调整倾斜角度。
读取四个光瞳像的光强，通过比较水平和竖直方向两组光瞳像的光强分布差异从而得到两个方向的测量信号，再利用波前复原算法重构流场的波前畸变。例如，可通过上述的计算复原系统来重构出流场的波前畸变。具体来讲，所述计算复原系统与所述光电图像探测器10连接，并能够从所述光电图像探测器读取四个光瞳像，随后通过比较水平方向或竖直方向两个光瞳像的光强分布差异从而得到两个方向的测量信号，再利用波前复原算法重构流场的波前畸变。光电图像探测器10与流场内探测光瞳面满足物象关系，可以利用二次成像计算摆放位置。光电图像探测器10可以是一个或者多个，靶面尺寸由光瞳像的尺寸以及相邻光瞳像的中心距离决定。一个光电探测器时，靶面的最短长度大于
。多个光瞳像在同一个光电探测器内，需要保证相邻光瞳像中心距离大于两倍光瞳像的直径。在进行流场的波前相畸变的重构时，能够利用四个光瞳像之间的光强差异得到两个正交方向的波前斜率，再利用波前复原算法计算波前畸变，例如，可采用自适应光学中的模式法。
综上所述，本发明的基于四棱锥传感器的流场测量仪和流场测量方法，适用于对非对称流场的整个区域的结构进行定量和半定量测量，具有更加简洁优化的结构和步骤，能够同时获取流场区域的两个彼此垂直方向的流场结构信息和波前畸变。
尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。
Claims (9)
1.一种基于四棱锥传感器的流场测量仪，其特征在于，所述流场测量仪由准直系统、信号探测系统以及计算复原系统构成，其中，
所述准直系统设置在流场的一侧，能够投射与流场垂直且光强分布均匀的平行光；
所述信号探测系统设置在流场的另一侧且包括按照光路依次设置的聚焦光学元件、四棱锥镜、成像透镜以及光电图像探测器，其中，所述聚焦光学元件将经过流场的探测光聚焦于其后焦平面处的四棱锥镜的顶点，所述四棱锥镜能够将聚焦后的光折射后形成偏折的四个光束，所述成像透镜能够使所述四个光束经过并在光电图像探测器上成像形成四个光瞳像；
所述计算复原系统与所述光电图像探测器连接，并能够从所述光电图像探测器读取四个光瞳像，通过比较水平方向和竖直方向两个光瞳像的光强分布差异从而得到两个方向的测量信号，再利用波前复原算法重构流场的波前畸变。
2.根据权利要求1所述的基于四棱锥传感器的流场测量仪，其特征在于，所述计算复原系统通过计算
和
得到所述两个方向的测量信号，其中，I 1(x, y)、I 2(x, y)、I 3(x, y)和I 4(x, y)分别对应第一、二、三和四光瞳像的光强，且第一和第二光瞳像位于同一水平方向，第三和第四光瞳像位于同一水平方向，第一和第四光瞳像位于同一竖直方向，第二和第三光瞳像位于同一竖直方向。
3.根据权利要求2所述的基于四棱锥传感器的流场测量仪，其特征在于，所述波前畸变通过模式法由
重构得到，其中，
为待求流场的波前畸变，(x, y)分别为水平方向和竖直方向坐标； 
为第m阶的Zernike多项式，1≤m≤N；
为相应的系数，对应的系数向量用A表示，N表示所取的Zernike阶数。
4.根据权利要求3所述的基于四棱锥传感器的流场测量仪，其特征在于，当待测波前畸变
较小而满足
时，待测波前畸变的Zernike系数向量由A=G + S计算，其中，
M表示待测流场波前畸变的空间采样点数，响应矩阵G通过以下的G xm 和G ym 得到，
其中，P(x)和P(y)分别表示过探测点(x, y)垂直于坐标轴y和x的直线与光瞳函数 P(x, y)边界的交点，λ为波长，(x′, y′)、(x1, y1)、(x2, y2)分别表示光瞳内三个任意点的坐标，y0表示光瞳P(x, y)在y轴的最大范围，
信号向量S通过S x (x, y)和S y (x, y)得到。
5.根据权利要求1所述的基于四棱锥传感器的流场测量仪，其特征在于，所述流场测量仪还包括设置在所述流场的另一侧且按照光路位于所述聚焦光学元件之前的调节倾斜镜。
6.一种基于四棱锥传感器的流场测量方法，其特征在于，所述流场测量方法包括以下步骤：
从流场的一侧投射与流场垂直且光强分布均匀的平行光；
在流场的另一侧将经过流场的探测光聚光至四棱锥镜的顶点处，以形成偏折的四个光束，通过成像透镜将所述四个光束成像为四个光瞳像；
读取四个光瞳像的光强，通过比较水平方向和竖直方向两组光瞳像的光强分布差异从而得到两个方向的测量信号，再利用波前复原算法重构流场的波前畸变。
7.根据权利要求6所述的基于四棱锥传感器的流场测量方法，其特征在于，所述方法通过计算
和
得到所述两个方向的测量信号，其中，I 1(x, y)、I 2(x, y)、I 3(x, y)和I 4(x, y)分别对应第一、二、三和四光瞳像的光强，且第一和第二光瞳像位于同一水平方向，第三和第四光瞳像位于同一水平方向，第一和第四光瞳像位于同一竖直方向，第二和第三光瞳像位于同一竖直方向。
8.根据权利要求7所述的基于四棱锥传感器的流场测量方法，其特征在于，所述波前畸变通过模式法由
重构得到，其中， 
为待求流场的波前畸变，(x, y)分别为水平方向和竖直方向坐标；
为第m阶的Zernike多项式，1≤m≤N；
为相应的系数，对应的系数向量用A表示，N表示所取的Zernike阶数。
9.根据权利要求8所述的基于四棱锥传感器的流场测量方法，其特征在于，当待测波前畸变
较小而满足
时，待测波前畸变的Zernike系数向量由A=G + S计算，其中，
M表示待测流场波前畸变的空间采样点数，响应矩阵G通过以下的G xm 和G ym 得到，
其中，P(x)和P(y)分别表示过探测点(x, y)垂直于坐标轴y和x的直线与光瞳函数 P(x, y)边界的交点，λ为波长，(x′, y′)、(x1, y1)、(x2, y2)分别表示光瞳内三个任意点的坐标，y0表示光瞳P(x, y)在y轴的最大范围，
信号向量S通过S x (x, y)和S y (x, y)得到。
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