[發明專利]基于四波剪切干涉儀的風洞試驗段空氣密度測量系統

在審

• 申請號: 202110282094.6
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN112945513A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 姚凱男;唐艷秋;梁涼
• 申請（專利權）人: 張家港奧珩光電科技有限公司
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G01N9/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出基于四波剪切干涉儀的風洞試驗段流場空氣密度測量系統，旨在提供一種新的光學系統，這種光學系統可以測量獲得風洞試驗段流場空氣密度分布圖像。采用①脈沖激光器作為光源，激光經過②擴束系統準直變為平行光；光線傳播經過③光學窗口1進入風洞內部并穿過待測流場，光線經④光學窗口2射出進入⑤縮束系統；光線經⑥MHM(衍射光學元件)產生干涉條紋，控制⑧CCD探測器進行曝光記錄干涉條紋，以達到測量風洞試驗段流場在此投影方向上的波前相位分布；最后通過旋轉試驗段模型來獲得多個投影方向的波前相位分布，使用三維層析技術重構試驗段流場三維分布。本發明可以實現對風洞試驗段流場的三維結構，從而測量流場密度分布。

技術領域

本發明涉及一種新的風洞內部空氣密度測量系統，具體涉及一種基于四波剪切干涉儀的風洞試驗段空氣密度測量系統。

背景技術

風洞實驗是飛行器研制工作中的一個不可缺少的組成部分，它不僅在航空和航天工程的研究和發展中起著重要作用，隨著工業空氣動力學的發展，在交通運輸、房屋建筑、風能利用等領域更是不可或缺的。這種實驗方法，流動條件容易控制。實驗時，常將模型或實物固定在風洞試驗段中進行反復吹風，通過測控儀器和設備取得實驗數據。本發明設計了一種新的風洞內部空氣密度測量系統，這樣保證了高精度的測量得到風洞內部空氣密度分布信息。

現有的風洞流場測量的技術主要有紋影技術，但是仍存在如下幾個問題：

1、紋影技術對整個測試光路中流場信息進行積分顯示，對于具有復雜氣動外形模型而言，無法將人們感興趣的區域與流場的其他區域區分開；

2、因為流場內空氣密度變化造成光線偏折，從而在像面觀察到流場形狀的變化，而這仍然只是“定性”的測量，無法做到“定量”的測量。

發明內容

本發明提供了一種新的風洞內部空氣密度測量裝置及方法，以解決現有的風洞內部由于氣體流速過快，空氣密度難以使用接觸式手段測量，從而獲得風洞內實驗目標的空氣動力學信息。本發明設計了一種新的風洞內部空氣密度測量系統，使用非接觸式手段測量風洞內部空氣密度信息，保證了測量的簡便性和高精度的特點。

本發明采用的技術方案如下：

采用脈沖激光器作為光源，激光經過擴束系統準直變為平行光；光線傳播經過光學窗口進入風洞內部并穿過待測流場，光線經光學窗口射出進入縮束系統；光線經衍射光學元件產生干涉條紋，控制CCD探測器進行曝光記錄干涉條紋，以達到測量風洞試驗段流場在此投影方向上的波前相位分布；最后通過旋轉試驗段模型來獲得多個投影方向的波前相位分布，使用三維層析技術重構試驗段流場三維分布。

本發明的有益效果：

1、本發明采用ns量級脈寬的脈沖激光器作為光源，從而使對待測流場的探測積分時間與脈沖脈寬時間相同，可以滿足流場快速變化的測量要求，獲得流場的瞬態結構。

2、本發明使用的四波橫向剪切干涉儀，由衍射光學元件和CCD探測器組成，其中MHM采用激光直寫結合離子束刻蝕工藝加工制成，具有結構簡單的特點，成本較低，易于實現批量化生產。

3、本發明可以實現高動態范圍，高分辨率以及高靈敏度的密度測量。

附圖說明

圖1為本發明光學系統示意圖；

圖2為衍射光學元件的設計原理圖；

圖3為三維投影重建圖。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發明，下面結合優選實施和附圖對本發明做進一步的對本發明進行詳細的說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。