CN86103975A - 瞬态流场高速、多幅干涉测试仪 - Google Patents

Abstract

一种瞬态流场高速、多幅干涉测试仪，属光学测试仪器。它包括等厚型F-P干涉仪，其特征是采用连续输出激光器、脉冲调制器及声光调制点阵或鼓轮转动式记录装置。本发明具有高速、多幅之功能，对同一瞬态或连续流场的全过程，能进行高速、多幅取样，尤其是对全场、三维精密测量，具有特殊效果。适于不同场合选用，并适于强振动的真实瞬态流场。用于气动力学、热力学、等离子体和兵器、航天、能源等工程以及其它有关参数测量。

Description

本发明是一种利用光的干涉现象进行精密测试的仪器，特别是一种瞬态流场的高速、多幅干涉测试仪。

现有用于瞬态流场测试的仪器有高速摄影机、阴影干涉仪、纹影干涉仪、动态全息干涉仪及光谱与辐射光度计。高速摄影机能对瞬态流场进行多幅取样，但只能摄取流场形象，不能定量计算流场参数。阴影、纹影干涉仪能显示流场的激波结构，但难于计算流场的热力学参数。干涉法（如利用马赫干涉仪）能定量计算流场参数，但难于用到强振动的真实瞬态流场（如燃烧、爆炸、高速喷流）环境，且每次取样幅数少。动态全息干涉仪由于采用双脉冲红宝石激光器，所以对同一瞬态流场记录的全息干涉图幅数只能为一幅，虽有序列脉冲红宝石激光器，但因其不是输出成对的序列脉冲激光，也只能记录序列单次曝光的全息图，得不到序列全息干涉图。光谱与辐射光度计能测流场温度、密度，但不能显示全场的流场结构。因此现有的技术尚未解决对瞬态流场进行高速、多幅、三维取样。

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种能对同一瞬态流场的全过程进行高速、多幅取样，尤其是全场、三维定量测量的仪器。

本发明是这样实现的：它包括等厚型F-P干涉仪，其特性是采用连续输出激光器，脉冲调制器、声光调制点阵记录装置或鼓轮转动式记录装置。

由连续输出激光器输出的相干性优良的连续激光，经脉冲调制器调制成脉冲宽度、脉冲间隔可调，且脉冲个数可控的序列脉冲激光。采用此装置，可使输出的激光脉冲个数大大多于红宝石激光器输出的激光脉冲个数，且每个脉冲宽度、脉冲间隔可大幅度调节，以便不同场合选用。脉冲激光经扩束后到达等厚型F-P干涉仪，而待测场就位于F-P干涉仪的两镜片间。现有的技术就对F-P干涉仪出射的多光束干涉图样进行记录，故到达记录介质的图样能量密度不高，本发明对F-P干涉仪出射的大口径光束进行缩束，可大大地提高缩束后图样的能量密度，便于高速记录，对普通21DIN胶卷的曝光时间可短至10^-7秒数量级。再对缩束后的干涉图样采用声光调制点阵记录或等待型鼓轮转动式记录系统进行记录，可使记录的干涉场图样达几十幅，以完成高速、多幅之功能。对二维待测场的结果可采用一路或二路同步光学系统，如进行三维测量，则需采用二路或三路相同光路的同步光学系统。

本发明与现有技术相比，其特点是具有高速、多幅之功能。在不同场合下，对同一瞬态或连续流场的全过程能进行高速、多幅取样及全场、三维精密测量，有特殊效果。

本发明的具体技术解决方案由下列实施例及其附图给出。

图1为本发明实施例1利用声光调制点阵记录装置的原理图。

图2为本发明实施例2利用等待型鼓轮转动式记录装置的原理图。

下面结合附图详细说明依据本发明提出的具体装置的细节及工作情况。

参照图1所示采用声光调制点阵记录装置的光路系统。公用的相干性优良的连续输出激光器（1）输出的激光由空间滤波器（34）滤波，经脉冲调制器调制为脉冲宽度，脉冲间隔可调的序列脉冲激光。这里的脉冲调制器由电光晶体（2）和控制电源（3）组成。控制电源（3）由程序控制信号发生电路、脉冲信号发生电路、脉冲高压放大电路组成。连续激光经脉冲调制器后即成为脉冲宽度、脉冲间隔和脉冲个数均可调节的序列脉冲激光。该激光束经分光镜（4）后，30%的光能透射，经扩束镜（5）与准直镜（6）组成的扩束系统，以大口径平面波出射到达大口径等厚型F-P干涉仪前镜（7）。这里的大口径等厚型F-P干涉仪由前镜（7）和后镜（9）组成，二镜均为大口径的50%透射的平行平面镜。待测场（8）置于F-P干涉仪二镜之间。由于涉仪后镜（9）出射的大口径平面波经聚焦透镜（10）和准直透镜（11）组成的缩束系统缩为1毫米左右的细束平面波，进入声光晶体（12），声光晶体（12）在控制电源（33）的控制下，使入射光发生偏折，进行扫描，因而在记录介质（13）上进行点阵记录，即可得到沿该方向的等厚型F-P干涉条纹。经分光镜（4）反射的光束又经分光镜（14）分为二束，其中40%光能反射，经扩束镜（17）和准直镜（18）组成的扩束系统出射的大口径平行光，经另一组等厚型F-P干涉仪（19）、（20），再经透镜（21）、（22）组成的缩束系统后成为直径为1毫米左右的细束平面波。同样由另一声光晶体（23）偏转，在记录介质（24）上进行点阵记录。由元件（17）、（18）、（19）、（20）、（21）、（22）、（23）、（24）决定的光轴与元件（5）、（6）、（7）、（8）、（9）、（10）、（11）、（12）、（13）决定的光轴之夹角为45°。同样，由分光镜（14）透射并经转向棱镜（15）、（16）转向的光束，由元件（25）、（26）、（27）、（28）、（29）、（30）、（31）、（32）组成系统性能，与元件（5）、（6）、（7）、（8）、（9）、（10）、（11）、（12）、（13）组成的系统性能相同，且两光轴之间夹角为90°。由上述三路相同的系统可得到待测场三方向的干涉条纹，对该三组干涉条纹进行分析计算即可得待测场三维空间任一点的参量。这里的三路声光晶体均由同一控制电源（33）控制，且均从同一起点出发进行扫描，形成同步点阵记录。

参照图2所示的采用等待型鼓轮转动式记录装置的光路系统与图1大致相同。以元件（5）、（6）、（7）、（8）、（9）、（10）决定的光路为例说明。图1中激光束由等厚型F-P干涉仪出射后，经聚焦镜（10）和准直镜（11）组成的缩束系统，缩束到直径为1毫米左右的平行光束。图2所不同的是由元件（9）出射的大口径平行光束，经聚焦透镜（10）聚焦后，在其后焦点附近采用等待型鼓轮转动式记录装置（35）上的记录介质进行记录，而省略了元件（11）、（12）、（13）。同理，在另二条相同的光路中，分别增加了等待型鼓轮转动式记录装置（36）、（37）。这里的等待型鼓轮转动式记录装置（35）、（36）、（37）的转速利用变速电机控制与脉冲调制器所调制的脉冲激光的脉冲宽度、脉冲间隔一致，以使固定在记录装置上的记录介质所记录的图像，两两之间既不重合，又不分离太开。

图1所示光路使用时，先打开激光器（1），调整各光路至等厚型F-P干涉仪后镜（图1中各光路上分别为（9）、（20）、（28））出射平行等厚条纹（或零场），等厚条纹之间间距的确定，须根据待测场的性质大致决定，并使该平行光束缩束后进入声光晶体。然后，打开脉冲调制器，根据待测场的需要决定脉冲宽度与脉冲间隔。在启动待测场（8）同时同步启动同步点阵记录装置的控制电源（33），这样，待测瞬态流场启动直至结束，均可在记录介质（13）、（24）、（32）上记录下点阵图像。

图2所示的光路使用基本步骤同上，但调整后，应使各光路经聚焦透镜（各光路中分别为（10）、（21）、（29））聚焦后，焦点在记录装置（图2各光路中分别为（35）、（36）、（37））中的记录介质附近，以记录下各光路中的干涉点像。然后启动等待型鼓轮转动式记录装置（35）、（36）、（37），同时同步启动脉冲调制器和瞬态流场，即可记录下待测场图象。

本发明适用于对气动力学的流场显示、流谱、气动力学参数、热力学参数的测量，对兵器工程、航天工程等瞬态燃烧、爆炸过程参数的测量，对能源工程、等离子体场以及其它瞬态进行多幅三维的参数测量。

Claims (6)

1、一种利用光的干涉现象进行精密测试的仪器，特别是一种瞬态流场的高速、多幅干涉测试仪，它包括等厚型F-P干涉仪，其特征是采用连续输出激光器、脉冲调制器、声光调制点阵记录装置或鼓轮转动式记录装置。

2、根据权利要求1所述的干涉测试仪，其特征是脉冲调制器，由程序控制信号发生电路、脉冲信号发生电路、脉冲高压放大电路串联，并与电光晶体（2）连接。

3、根据权利要求1所述的干涉测试仪，其特征是声光调制点阵记录装置可采用一路、二路或三路点阵记录装置。

4、根据权利要求1或3所述的干涉测试仪，其特征是声光调制点阵记录装置当采用二路或三路点阵记录装置时，其为同步控制。

5、根据权利要求1所述的干涉测试仪，其特征是鼓轮转动式记录装置（35）、（36）、（37）的电机为变速电机。

6、根据权利要求1所述的干涉测试仪，其特征是等厚型F-P干涉仪的光路是分别在F-P后镜（9）、（20）、（28）与声光晶体（12）、（23）、（31）之间，各串接一个缩束系统（10）和（11）、（21）和（22）、（29）和（30），或分别在F-P后镜（9）、（20）、（28）与鼓轮转动式记录装置（35）、（36）、（37）之间各加一个聚焦透镜（10）、（21）、（29）。

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