[發明專利]中心遮擋情況下的大口徑偏折型徑向剪切干涉檢測裝置及其方法

有效

• 申請號: 201210121717.2
• 申請日: 2012-04-24
• 公開（公告）號: CN102645316A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 楊甬英;凌曈;田超;孫磊;卓永模
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

????本發明涉及一種中心遮擋情況下的大口徑偏折型徑向剪切干涉檢測裝置及其方法。

背景技術

在高超音速流場空氣動力學測試中，對風洞中目標物周圍流場的精確測量是一個亟待解決的問題。傳統的較為成熟的方法有陰影法和紋影法，其中陰影法對流場變化的二階導數敏感，而紋影法對流場變化的一階導數敏感，但由于它們采用的是幾何光學的原理，其在測量精度上仍有待提高。對高速流場區域采用徑向剪切干涉法進行檢測也是一種行之有效的手段。首先，徑向剪切干涉采用了光學干涉的方法，將經過流場后畸變波前的檢測精度提高到了光學波長量級；其次，徑向剪切干涉儀屬于準共路干涉系統，具有較高的抗干擾能力，保證了風洞檢測中高噪音、高振動的環境下仍然能夠得到較為穩定的干涉條紋，從而確保了實驗結果的正確性；另外，采用徑向剪切干涉的方法經過后期的數據處理后最終得到的數據為經過流場檢測光束的波前位相分布信息，可以在此基礎上進行空間折射率場或密度場的重構，這是采用光強分布測量的陰影法和紋影法所不能具備的。

對于高速流場檢測來說，對風洞中心目標物周圍流場的檢測是較為常見的情形，但是由于傳統的徑向剪切干涉法采用縮束光斑與擴束光斑共軸同心的配置，縮束光斑將落在擴束光斑中目標物所投射的陰影區內，導致干涉條紋無法形成。因此，就需要提出一種能夠在目標物中心遮擋情況下的對周圍流場進行檢測的干涉檢測方法。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種中心遮擋情況下的大口徑偏折型徑向剪切干涉檢測裝置及其方法。

中心遮擋情況下的大口徑偏折型徑向剪切干涉檢測裝置包括激光器、準直擴束系統、目標物、待測區域、分光鏡、第一反射鏡、高剪切比大口徑望遠鏡系統、第二反射鏡、成像透鏡和探測器；其中，目標物置于待測區域中心，激光器、準直擴束系統、目標物、分光鏡、第一反射鏡、高剪切比大口徑望遠鏡系統、第二反射鏡、分光鏡、成像透鏡以及探測器在第一條光路中順序排列；激光器、準直擴束系統、目標物、分光鏡、第二反射鏡、高剪切比大口徑望遠鏡系統、第一反射鏡、分光鏡、成像透鏡以及探測器在第二條光路中順序排列；第一反射鏡和第二反射鏡均與豎直方向成夾角???????????????????????????????????????????????，為，使經過高剪切比大口徑望遠鏡系統的縮束光和擴束光偏離原光軸傳播。

中心遮擋情況下的大口徑偏折型徑向剪切干涉檢測方法包括如下步驟：

(1)?調節激光器、準直擴束系統、分光鏡、第一反射鏡、高剪切比大口徑望遠鏡系統、第二反射鏡、成像透鏡、探測器等高同軸，調節準直擴束系統使得大口徑平行光出射；

(2)?調節分光鏡的角度使得經過分光鏡的透射光和反射光互成90°夾角，且分別照射在第一反射鏡和第二反射鏡上；

(3)?調節第一反射鏡和第二反射鏡在水平方向上的角度和豎直方向上的傾角，使得第一條光路和第二條光路經過成像透鏡后的光斑在探測器上重合；

(3)?在第一反射鏡和第二反射鏡之間加入高剪切比大口徑望遠鏡系統，調節該望遠鏡系統的位置和傾角使得探測器上的縮束光斑與擴束光斑同心，并產生干涉條紋；

(4)?調節第一反射鏡和第二反射鏡在豎直方向上的傾角，使得探測器上的縮束光斑移出擴束光斑的目標物陰影處并產生干涉；

(5)?采集探測器上接收到的干涉圖，將擴束波前參與干涉的部分光波近似為平面波，對干涉圖進行相位解包，得到干涉圖的相位數據。

本發明采用將縮束光路和擴束光路與光軸偏離的方法，使得探測器上的縮束光斑可以移到擴束光斑的邊緣區域，解決了采用傳統徑向剪切干涉方法無法對含有目標物中心遮擋的空間區域進行波前檢測的難題，又由于所述的高剪切比大口徑望遠鏡系統具有較高的剪切比，可以將擴束波前參與干涉的部分光波近似為平面波來處理，使得干涉圖的處理可以采用較為簡單的傳統泰曼格林干涉系統的相位解包方法，即看成是一路檢測光波和一路參考平面光波的干涉，而無需使用較為耗時的徑向剪切波面迭代重構算法，在一定程度上簡化了實驗數據的處理過程，縮短了處理時間。

附圖說明

圖1是中心遮擋情況下的大口徑偏折型徑向剪切干涉檢測裝置結構示意圖；

圖2是本發明的縮束光束和擴束光束偏離光軸通過高剪切比大口徑望遠鏡系統的光路示意圖；

圖3是中心遮擋情況下的大口徑偏折型徑向剪切干涉檢測方法的流程圖；???

圖4是探測器前縮束光斑和擴束光斑以及其中目標物陰影位置的示意圖與干涉圖；