[發明專利]一種激光散射診斷系統空間測量位置標定裝置及標定方法

有效

• 申請號: 202110630977.1
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113405538B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 侯智培;王瑜琴;劉春華;黃淵;馮震;翟文廷
• 申請（專利權）人: 核工業西南物理研究院
• 主分類號: G01C15/00
• 分類號: G01C15/00;G01B11/00
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 王婷

1.一種激光散射診斷系統空間測量位置標定裝置，其特征在于，包括：光柵尺(1)、絲桿位移臺(2)、參考光束(3)、光源(5)、安裝定位支架(6)、入射光纖束連接線(7)、光電探測模塊(8)、光纖頭(9)、數據采集處理裝置(10)、滑塊(11)、采集觸發信號接收線(13)、采集位置信號線(14)、透光玻璃窗口(15)、采集透鏡(16)、光強信號線(17)、采集光纖組架(18)、標定光束(19)；

所述安裝定位支架(6)上固定安裝有絲桿位移臺(2)，絲桿位移臺(2)的一側側邊安裝有光柵尺(1)，所述絲桿位移臺(2)上設置有滑塊(11)，所述滑塊(11)上安裝有光纖頭(9)；所述光纖頭(9)上通過入射光纖束連接線(7)與光源(5)連接；所述光柵尺(1)通過采集位置信號線(14)與數據采集處理裝置(10)連接；所述標定光束(19)從光纖頭(9)內部發出；

所述光纖頭(9)發出標定光束(19)的端部的水平方向上依次設置有透光玻璃窗口(15)、采集透鏡(16)、若干個采集光纖組架(18)和光電探測模塊(8)；所述光電探測模塊(8)上還通過光強信號線(17)與數據采集處理裝置(10)相連接；

所述光纖頭(9)發出標定光束(19)的端部的前端設置在參考光束(3)上，且參考光束(3)與標定光束(19)的中心光束相垂直；

所述絲桿位移臺(2)的首尾兩端還分別安裝有觸點開關A(4)和觸點開關B(12)。

2.根據權利要求1所述的一種激光散射診斷系統空間測量位置標定裝置，其特征在于：所述絲桿位移臺(2)整體為長板型結構，所述觸點開關A(4)和觸點開關B(12)分別通過采集觸發信號接收線(13)與數據采集處理裝置(10)連接。

3.根據權利要求2所述的一種激光散射診斷系統空間測量位置標定裝置，其特征在于：所述絲桿位移臺(2)的首尾兩端之間設置有若干根絲桿，所述滑塊(11)設置在絲桿上，滑塊(11)可在絲桿上進行滑動；且滑塊(11)滑動至絲桿位移臺(2)的首尾兩端時，可分別與觸點開關A(4)或觸點開關B(12)相接觸。

4.根據權利要求3所述的一種激光散射診斷系統空間測量位置標定裝置，其特征在于：所述光源(5)輸出的準單色光包括：可見波段準單色光和近紅外波段準單色。

5.根據權利要求1所述的一種激光散射診斷系統空間測量位置標定裝置，其特征在于：所述若干個采集光纖組架(18)和光電探測模塊(8)之間還連接有若干根采集數據線。

6.根據權利要求5所述的一種激光散射診斷系統空間測量位置標定裝置，其特征在于：所述光纖頭(9)內發出的標定光束(19)在水平方向上穿過透光玻璃窗口(15)被采集透鏡(16)采集至采集光纖組架(18)上，并通過采集光纖組架(18)和光電探測模塊(8)之間的若干根采集數據線傳輸至光電探測模塊(8)內。

7.根據權利要求4所述的一種激光散射診斷系統空間測量位置標定裝置，其特征在于：所述光源(5)輸出的準單色光波長范圍在500nm～1100nm。

8.根據權利要求1所述的一種激光散射診斷系統空間測量位置標定裝置，其特征在于：所述滑塊(11)在絲桿位移臺(2)上始終與光柵尺(1)呈直角角度。

9.根據權利要求8所述的一種激光散射診斷系統空間測量位置標定裝置，其特征在于：所述采集光纖組架(18)的數量為兩個。

10.根據權利要求9所述的一種激光散射診斷系統空間測量位置標定裝置，其特征在于：所述兩個采集光纖組架(18)的其中一個采集光纖組架(18)和架上的光纖束用于等離子體散射光的測量，另一個采集光纖組架(18)架上的光纖束用于對電子溫度測量位置標定。

11.一種如上權利要求1至10中任意其一所述的激光散射診斷系統空間測量位置標定裝置的標定方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟一：確認激光散射診斷系統的全光路已完成調試，此時參考光束(3)指示出散射實驗中空間測量位置的x、y坐標，z坐標為標定待測項，而將所述的標定激光散射診斷系統中空間測量位置的裝置在真空室外完成安裝后，將裝置移動至真空室內部，在安裝時根據參考光束(3)的x、y坐標位置調整光纖頭(9)發出標定光束(19)的端部的前端x、y坐標位置，使滑塊(11)在絲桿位移臺(2)上移動時的路徑與參考光束(3)的z方向盡量重合；

打開光源(5)輸出655nm的可見紅光，并切換兩個采集光纖組架(18)至最佳標定空間點的工作位置；

步驟二：測試時，將滑塊(11)滑動至絲桿位移臺(2)上的觸點開關A(4)，并與觸點開關A(4)接觸；啟動數據采集處理裝置(10)，并將數據采集處理裝置(10)的采集觸發模式設置為TTL高電平觸發；

此時，將滑塊(11)由絲桿位移臺(2)上的觸點開關A(4)快速向絲桿位移臺(2)上的觸點開關B(12)移動，此時數據采集處理裝置(10)TTL觸發信號變為高電平，數據采集處理裝置(10)將同步采集光柵尺(1)位置信號、與不同測量位置對應的光電探測模塊(8)輸出的光強信號；

步驟三：滑塊(11)由絲桿位移臺(2)上的觸點開關A(4)快速向絲桿位移臺(2)上的觸點開關B(12)移動的時間在3-5秒內完成，當滑塊(11)接觸到觸點開關B(12)時，數據采集處理裝置(10)的TTL觸發信號變為低電平，數據采集過程結束，并進行數據處理；

數據處理步驟包括：

(a)以觸點開關A(4)與觸點開關B(12)提供的TTL觸發信號，確認光柵尺(1)位置信號與光電探測模塊(8)輸出的光強信號時序；

(b)進行光電探測模塊(8)輸出的光強信號的單一峰值位置確認；

(c)根據(a)、(b)所得結果與光柵尺(1)位置信號進行綜合分析，得到完整空間測量位置結果；

步驟四：在波長范圍600nm～1100nm內，調節光源(5)使其先后輸出5～10個不同波長的準單色光，重復步驟二至步驟四；對多次測量結果求取平均值，即完成電子溫度測量位置的標定工作。