[發明專利]一種測量片狀激光光束尺寸和能量分布的裝置及方法

有效

• 申請號: 201810065442.2
• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN108226120B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 彭江波;于楊;李曉暉;曹振;馬欲飛;常光;楊超博;樊榮偉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N21/01
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

本發明公開了一種測量片狀激光光束尺寸和能量分布的裝置及方法，所述裝置包括激光器、平凹透鏡、準直凸柱透鏡、聚焦凸柱透鏡、染料盒、第一濾光片、第二濾光片、第一CCD相機鏡頭、第二CCD相機鏡頭、第一CCD相機、第二CCD相機，激光器輸出的激光經平凹透鏡、準直凸柱透鏡、聚焦凸柱透鏡形成片狀激光光束，片狀激光光束作用于染料盒內的丙酮溶液產生激發熒光，激發熒光經第一濾光片、第一CCD相機鏡頭進入第一CCD相機，經第二濾光片、第二CCD相機鏡頭進入第二CCD相機。本發明利用丙酮PLIF對片狀激光光束的尺寸和能量分布信息進行測量，用于優化片光整形系統并修正激光能量波動帶來的試驗誤差，提高激光光譜診斷試驗的準確性。

技術領域

本發明屬于平面激光光譜診斷技術領域，涉及一種測量片狀激光光束尺寸和能量分布的裝置及方法。

背景技術

PLIF（平面激光誘導熒光技術，Planner Laser Induced Fluorescence）作為一種激光光譜診斷技術，可以應用于高速變化的濃度場與溫度場的診斷。通過一定焦距的柱透鏡將可調諧激光擴展準直為符合要求的平面片狀光束，片光穿過需要診斷的流場時會有選擇的激發流場中的示蹤粒子，使示蹤粒子中相應的電子受到激發從基態躍遷到激發態。激發態的電子再通過自發輻射從激發態回到基態并發出熒光。應用于PLIF的眾多示蹤劑中，丙酮應用較為廣泛，丙酮作為一種PLIF示蹤劑，適用于高速燃燒場，高超聲速流場的診斷。

丙酮作為示蹤劑的主要特點如下：

1、在室溫條件下擁有較高的飽和蒸汽壓，便于示蹤劑投放。

2、丙酮受到激發后產生的熒光為藍紫光（350~550nm），處于可見光波段，便于CCD相機的信號采集。

3、丙酮的熒光壽命很短，在高速流場診斷中便于“凍結”時間，有非常好的時間分辨率。

4、信號強度強，信噪比較高。

對于航天工程而言，空間飛行器在完成任務返回時都會在大氣層中進行超高聲速飛行，整個過程飛行器返回艙在大氣中與高速氣流的相互作用尤為關鍵。可以通過將相關飛行器模型置于風洞之中，采用PLIF技術分析飛行器模型在高超聲速流場中周邊流場的分布，實現流場可視化，了解在此流場中超高速氣流對于飛行器的種種影響，這樣可以為飛行器進一步優化設計提供相關的支持。

發明內容

本發明的目的是提供一種測量片狀激光光束尺寸和能量分布的裝置及方法，利用丙酮平面激光誘導熒光技術（PLIF）對片狀激光光束的尺寸（厚度，平行度）和能量分布信息進行測量，用于優化片光整形系統并修正激光能量波動帶來的試驗誤差，提高激光光譜診斷試驗的準確性。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種測量片狀激光光束尺寸和能量分布的裝置，包括激光器、平凹透鏡、準直凸柱透鏡、聚焦凸柱透鏡、染料盒、第一濾光片、第二濾光片、第一CCD相機鏡頭、第二CCD相機鏡頭、第一CCD相機、第二CCD相機，其中：

所述激光器、平凹透鏡、準直凸柱透鏡、聚焦凸柱透鏡、染料盒沿X軸方向依次設置；

所述第二濾光片、第二CCD相機鏡頭、第二CCD相機沿Y軸方向依次設置；

所述第一濾光片、第一CCD相機鏡頭、第一CCD相機沿Z軸方向依次設置；

所述聚焦凸柱透鏡、準直凸柱透鏡和平凹透鏡組成片狀激光光束整形系統；

所述染料盒上貼有標尺；

所述第一CCD相機平行于X-Y平面；

所述第二CCD相機平行于X-Z平面；