[發明專利]一種基于可編程空間光調制器的極低密度流場紋影測量系統及方法

有效

• 申請號: 202010532241.6
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111693250B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 范松如;胡冬霞;王玉魯;范朦;陳冬暉
• 申請（專利權）人: 四川歐瑞特光電科技有限公司
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所(普通合伙) 11308
• 代理人: 王紅霞

本發明屬于紋影測量成像技術領域，公開了一種基于可編程空間光調制器的極低密度流場紋影測量系統及方法，為了解決現有技術不能清楚捕捉低密度流場激波的問題。本發明的光信號經過第一聚焦反射鏡聚焦在可編程空間光調制器上時，通過第一CCD圖像傳感器反饋的圖像對可編程空間光調制器進行可編程控制，使其可編程空間光調制器偏轉掉聚焦光斑中比較亮低頻部分，留下比較暗的高頻部分并反射到第二聚焦反射鏡上，通過第二聚焦反射鏡再聚焦到第二CCD圖像傳感器上，實現對低密度流場激波像的成像觀測。本發明通過將光斑中的比較亮的低頻部分濾掉，就可以將數納米的信號檢測出來，實現了在極低密度流場紋影激波的檢測。

技術領域

本發明屬于紋影測量成像技術領域，具體涉及一種基于可編程空間光調制器的極低密度流場紋影測量系統及方法。

背景技術

紋影成像技術是利用氣流對光波的擾動，將氣流變化轉換成圖像，即是說紋影儀拍攝流場的原理是：根據光線通過不同密度的氣流而產生的角偏轉來顯示其折射率，是一種測量光線微小偏轉角的裝置，將流場中密度梯度的變化轉變為記錄平面上相對光強的變化，使可壓縮流場中的激波、壓縮波等密度變化劇烈的區域成為可觀察、可分辨的圖像。

結合附圖1，附圖1展示了一種現有技術中反射式平行光紋影儀的紋影光路圖，該紋影光路中包含了點光源01、第一反射鏡02、兩個光學玻璃03、第二反射鏡05、刀口06和照相機07，其中兩個光學玻璃03之間形成隔離段04(或者稱為流場觀測區)，隔離段04內用于物體，并向隔離段04中的物體施加氣流。

正如附圖1展示了現有的紋影法必須在一定的空氣密度中才能清楚顯示流場激波(一般壓強要在P＞500Pa的情況下)，如果流場中空氣的密度低于500Pa，傳統的紋影法就不能清楚的捕捉到流場的激波。

首先根據光在真空中傳播的折射率為1，在一個標準大氣壓下傳播的折射率為1.00029，兩者折射率只差為△n≈2.9×10-4。當被測物件在數帕壓強、數馬赫的低壓高速流場下，他們之間形成的壓差為△P，在選擇被測件的直徑為Φ，根據公式可可以計算出光經過極低密度流場的光程差：

△L＝△P/P0×△n×Φ

上述公式中：△L為光程差

△P為光通過流場時經物件的壓差

P0為1個標準大氣壓

△n為光在真空和空氣中傳播的折射率差值

Φ為被測物體的直徑

通過計算在極低密度流場中的光程差都很小，在數nm左右。因此傳統的紋影法無法看清它。

發明內容

為了解決現有紋影法不能清楚捕捉低密度流場激波的問題，而提供一種基于可編程空間光調制器的極低密度流場紋影測量系統及方法，可對空氣密度在低于10Pa的情況下的流場激波進行測量。

為解決技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種基于可編程空間光調制器的極低密度流場紋影測量系統，其特征在于，包括：

光源組件，用于產生平行的光信號；

以及沿著光信號路徑依次設置的流場觀測區、第一聚焦反射鏡、可編程空間光調制器和第二聚焦反射鏡；所述流場觀測區用于放置實驗對象，所述第一聚焦反射鏡接收來自于流場觀測區的光信號并聚焦在至可編程空間光調制器，所述可編程空間光調制器將接收到的光信號經第二聚焦反射鏡聚焦在第一CCD圖像傳感器上，所述第一CCD圖像傳感器將接收到的光信號轉換成數字信號并傳遞給控制器，所述控制器根據接收到的數字信號并對可編程空間光調制器進行控制使得可編程空間光調制器能夠偏轉掉光信號中比較亮的低頻部分，可編程空間光調制器再將光信號中除去比較亮的低頻部分之后剩余的比較暗的高頻部分出射到第二聚焦反射鏡上，最后再通過第二聚焦反射鏡聚焦在第二CCD圖像傳感器上從而捕捉到流場激波。