[發(fā)明專利]一種連續(xù)掃描式聚焦激光差分干涉儀及測量方法

有效

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• 申請日: 2022-08-25
• 公開（公告）號: CN115325933B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李宏勛;姚向紅;陳爽;袁強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空氣動力研究與發(fā)展中心設(shè)備設(shè)計與測試技術(shù)研究所
• 主分類號: G01B9/02015
• 分類號: G01B9/02015
• 代理公司: 成都云縱知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51316
• 代理人: 熊曦;陳婉鵑

本發(fā)明公開了一種連續(xù)掃描式聚焦激光差分干涉儀及測量方法，涉及光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域，所述干涉儀包括：激光器、第一偏振片、半波片、凹透鏡、第一雙折射分光棱鏡、第二雙折射分光棱鏡、第一凸透鏡、第二凸透鏡、第三雙折射分光棱鏡、第二偏振片、第四雙折射分光棱鏡和光電探測器；本發(fā)明僅需要通過對稱移動第一雙折射分光棱鏡和第四雙折射分光棱鏡，便可以實(shí)現(xiàn)聚焦激光差分干涉儀測點(diǎn)連續(xù)掃描，結(jié)構(gòu)靈活性高，實(shí)用性強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種連續(xù)掃描式聚焦激光差分干涉儀及測量方法。

背景技術(shù)

聚焦激光差分干涉技術(shù)是空氣動力學(xué)領(lǐng)域中重要的測量技術(shù)之一，主要應(yīng)用于高超聲速邊界層密度脈動測量，便于分析邊界層轉(zhuǎn)捩，并準(zhǔn)確預(yù)測轉(zhuǎn)捩位置。聚焦激光差分干涉技術(shù)是通過光學(xué)折射和干涉將流場密度脈動信息轉(zhuǎn)化為光強(qiáng)度調(diào)制信號，作為一種非接觸式光學(xué)測量技術(shù)，激光聚焦差分干涉技術(shù)適用于高溫、高晗等極端環(huán)鏡，且無需引入示蹤粒子，不會干擾被測流場。另外相比傳統(tǒng)非接觸光學(xué)測量技術(shù)，如高速陰影/紋影技術(shù)、馬赫曾德干涉技術(shù)等，該技術(shù)解決了視線積分效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)測量區(qū)域空間點(diǎn)測量，大大提升了測量系統(tǒng)的空間分辨率，另外該技術(shù)響應(yīng)頻率高達(dá)MHz，能夠測量流場中高頻密度脈動信號，滿足目前高超聲速流場精確測量所要求的高時/空分辨率。

目前已經(jīng)報道的單通道和雙通道聚焦激光差分干涉儀，主要用于流場的高頻密度脈動特征和速度測量，但是該系統(tǒng)明顯缺乏靈活性，更換測點(diǎn)須水平或豎直移動整個測試系統(tǒng)，移動后往往需要重新對光路中各個分立光學(xué)元器件進(jìn)行精密調(diào)節(jié)，且測點(diǎn)的移動位置難以精確控制，工作量大，耗費(fèi)大量人力和時間成本，難以實(shí)現(xiàn)對流場中多點(diǎn)位進(jìn)行精確、快速測量，這極大地限制了聚焦激光差分干涉儀實(shí)用性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有聚焦激光差分干涉儀靈活性差，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)掃描測量的缺陷。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種連續(xù)掃描式聚焦激光差分干涉儀，所述干涉儀包括：

激光器、第一偏振片、半波片、凹透鏡、第一雙折射分光棱鏡、第二雙折射分光棱鏡、第一凸透鏡、第二凸透鏡、第三雙折射分光棱鏡、第二偏振片、第四雙折射分光棱鏡和光電探測器；

其中，所述激光器用于產(chǎn)生激光束并射入所述第一偏振片獲得第一偏振光束，所述第一偏振光束射入所述半波片進(jìn)行偏振方向調(diào)控獲得第二偏振光束，第二偏振光束經(jīng)所述凹透鏡轉(zhuǎn)化為發(fā)散光束，所述發(fā)散光束射入所述第一雙折射分光棱鏡進(jìn)行偏光處理后獲得第三偏振光束，所述第三偏振光束射入所述第二雙折射分光棱鏡分解為兩束具有分離角度且強(qiáng)度相等的正交偏振光束，所述第一凸透鏡用于將所述正交偏振光束匯聚在測量區(qū)域形成測點(diǎn)；所述第二凸透鏡用于接收測量區(qū)域內(nèi)的光束并射入所述第三雙折射分光棱鏡，所述第三雙折射分光棱鏡用于將兩束具有分離角的正交偏振光束合成為共光軸的正交偏振光束并射入所述第二偏振片，所述第二偏振片用于對射入的正交偏振光束進(jìn)行檢偏獲得第三偏振光束并射入所述第四雙折射分光棱鏡，所述第四雙折射分光棱鏡用于對所述第三偏振光束進(jìn)行與所述第一雙折射分光棱鏡對應(yīng)的逆偏光處理，從所述第四雙折射分光棱鏡射出的光束射入所述光電探測器進(jìn)行信號采集。

其中，本發(fā)明采用移動所述第一雙折射分光棱鏡和所述第四雙折射分光棱鏡的方法來實(shí)現(xiàn)聚焦激光差分干涉儀測點(diǎn)連續(xù)掃描。本發(fā)明在掃描測量過程中，僅需要同步調(diào)節(jié)兩個器件，操作簡單，解決了目前聚焦差分干涉儀靈活性差，多點(diǎn)連續(xù)測量時實(shí)用性低的問題。

本發(fā)明中的連續(xù)掃描式聚焦激光差分干涉儀可實(shí)現(xiàn)橫向任意方向連續(xù)掃描測量，大大提升了聚焦激光差分干涉儀的實(shí)用性和靈活性。本發(fā)明可以應(yīng)用于快速測量高超聲速流場附面層內(nèi)密度脈動沿流向或展向的分布情況。

優(yōu)選的，第一雙折射分光棱鏡、第二雙折射分光棱鏡、第三雙折射分光棱鏡和第四雙折射分光棱鏡均為渥拉斯頓棱鏡。本發(fā)明利用渥拉斯頓棱鏡的偏光/分光效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)良好的效果，且渥拉斯頓棱鏡分離角相對較小，具備更好的效果。