[發明專利]一種橫向剪切干涉成像裝置

有效

• 申請號: 200910272266.0
• 申請日: 2009-09-27
• 公開（公告）號: CN101694404A
• 公開（公告）日: 2010-04-14
• 發明（設計）人: 周懷春;呂偉;婁春;朱進容
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01J5/08
• 分類號: G01J5/08;G02B17/08;G02B27/09
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 方放

技術領域

本發明屬于激光干涉測量裝置，適用于光學領域的畸變波面以及工程熱物理領域的密度、濃度和溫度等參數的實時的無損檢測。

背景技術

激光干涉測溫是一種非接觸式測量技術，在光學領域中，它通過提取干涉條紋的相位分布來定性判斷被測波面的畸變程度。在工程熱物理領域中，可從干涉條紋的相位分布來再現被測場中的折射率分布，它經由格拉斯通-戴爾(Gladstone-Dale)關系式得到密度與濃度的耦合關系，再通過理想氣體狀態方程即可得到溫度與濃度耦合的關系。當假定其中一個參數為已知量時，便可定量求得另外一個參數。早期的激光干涉測溫技術往往假定被測溫度場中的組分濃度近似于空氣，但對伴隨著復雜化學反應的火焰對象來說，該假設肯定會帶來不小的誤差。隨著近代燃燒數值模擬技術的進步，火焰干涉測溫技術中的濃度場處理不再受制于強行使用“空氣組分假設”所帶來的誤差，因而火焰對象逐漸取代傳統的熱空氣流場對象成為了激光干涉測溫的研究熱點。

從干涉測量技術面向應用的角度來說，應該滿足如下要求：能實時測量、抗震性好、組件較少、易于安裝和調試、能夠得到簡單的便于數據處理的條紋、能避免空間載頻的干擾。遺憾的是，目前實際使用的干涉測量裝置系統往往僅滿足其中的幾點。

激光干涉測量系統中最經典的是雙曝光干涉測量系統，它僅能用于穩態對象的測量，其光路分為獨立的物光和參考光兩段，這種非共光路的特點使系統易受震動干擾，因此必須安置在隔振平臺上；此外它還需要一個分光元件和至少兩組擴束準直透鏡組，外加一個大型暗房；實驗時還需全息干板、顯影定影藥劑等耗材。其優點在于各個元件之間很容易實現參數的匹配，而最重要的一點就是它的條紋分布直接對應著被測場的畸變波面，而其它任何方法得到的干涉條紋從原理上說都可認為是雙曝光干涉條紋基礎上的更為復雜的衍生物。雙曝光干涉測量系統在火焰測溫中的典型應用見文獻Xiao，X.，Choi，C.W.，Puri，I.K.Temperaturemeasurements?in?steady?two-dimensional?partially?premixed?flames?usinglaser?interferometric?holography.Combustion?and?Flame.2000，120(3)：318-332。

馬赫曾德干涉系統則屬于實時系統，該系統在火焰測溫中的典型應用見文獻Qi，J.A.，Wong，W.O.，Leung，C.W.，et?al.Temperature?fieldmeasurement?of?a?premixed?butane/air?slot?laminar?flame?jet?withMach-Zehnder?Interferometry.Applied?Thermal?Engineering.2008，28(14-15)：1806-1812。理論上它也能獲得類似于雙曝光干涉系統的簡單條紋。它同樣存在物光和參考光兩路的劃分，使得系統抗震性不強。該系統由兩個半透射半反射元件與兩個反射鏡一起構成對稱布局，其中任何一個元件的傾角稍有偏差，就會導致物光和參考光兩路的主光軸方向不能完全一致而導致高強度的空間載頻，因而該系統對元件定位的精度要求很高，實際條紋往往都是帶載頻的雙曝光條紋，這為數據處理帶來麻煩。

邁克爾遜干涉系統在系統組成上最少配置僅需一個半透半反棱鏡，其優、缺點與馬赫曾德干涉系統類似；該系統在火焰測溫中的典型應用見文獻Takahashi，S.，Kondou，M.，Wakai，K.，et?al.Effect?of?radiation?loss?onflame?spread?over?a?thin?PMMA?sheet?in?microgravity.in.Sapporo，Japan：Combustion?Institute，vol.29，2002.2579-2585。