[發明專利]一種紋影測量系統和紋影測量方法

在審

• 申請號: 202310040657.X
• 申請日: 2023-01-12
• 公開（公告）號: CN116124415A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 苑朝凱;王春;姜宗林
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本發明實施例公開了一種紋影測量系統和紋影測量方法，紋影測量系統包括紋影光源結構和紋影成像結構，以及紋影平行光反射結構；紋影光源結構用于提供發射光；紋影平行光反射結構至少包括沿發射光路方向順次設置的半反半透鏡、主反射鏡、第一平面反射鏡和光源折返機構；紋影成像結構位于半反半透鏡反射的接收光路的輸出端上；主反射鏡與第一平面反射鏡之間的光路與實驗區域內的流場方向相平行，第一平面反射鏡與光源折返機構之間的光路與實驗區域內的流場方向相垂直。實現了降低了對實驗場地橫向空間的要求，并且靈敏度提高一倍，可以獲取更為精細的實驗結果的效果。

技術領域

本發明實施例涉及紋影測量技術領域，具體涉及一種紋影測量系統和紋影測量方法。

背景技術

紋影測量系統是高超聲速實驗中最為主要的流場顯示技術，利用光在流場中的折射率梯度正比于流場密度的基本原理進行測量，可以獲得流場波系結構、激波/邊界層復雜干擾特性等實驗結果。紋影系統按照光線通過流場測試區的形狀，分為平行光紋影系統和錐型光紋影系統。錐形光紋影系統會造成觀測流場圖像失真，主要應用于低速氣流流場的顯示。平行光紋影系統能夠真實反應氣流流場密度的變化，在高速流場的測試中得到廣泛應用，最為典型的是Z字形光路平行光紋影系統(其結構如圖1所示)。Z字形光路平行光紋影系統具有光路結構簡單，但由于紋影測量結果的分辨率與焦距呈正比，為了提高分辨率需要增加焦距，此時若仍采用該結構占用的實驗場地橫向空間較大。由于空間限制，對紋影系統的改造升級和大型激波風洞實驗場地建設造成了諸多困難。

紋影系統安放于風洞的實驗段，風洞由于自身的特點，一般沿風洞流場方向尺度遠遠大于橫向尺寸，因此實驗室空間也多為細長型空間。而目前現有的平行光紋影系統需要較長的橫向空間，因此，造成了在現有風洞實驗中使用的局限性。

發明內容

為此，本發明實施例提供一種紋影測量系統和紋影測量方法，通過對光路優化設計，針對性地在有效地實現紋影測量的同時，降低橫向空間距離，從而大大降低了對實驗場地橫向空間的要求，同時，由于光線兩次通過流場測試區域，流場密度梯度造成的光線偏折方向相同，因此紋影測量結果靈敏度可以提高一倍，獲取更為精細的實驗結果。

為了實現上述目的，本發明的實施方式提供如下技術方案：

在本發明實施例的一個方面，提供了一種紋影測量系統，包括沿實驗區域的流場方向位于所述實驗區域其中一側的外側的紋影光源結構和紋影成像結構，以及部分位于所述實驗區域其中一側，部分位于所述實驗區域另一側的紋影平行光反射結構；其中，所述紋影光源結構用于提供發射光；

所述紋影平行光反射結構至少包括位于所述紋影光源結構發射末端，且沿發射光路方向順次設置的半反半透鏡、主反射鏡、第一平面反射鏡和光源折返機構，且所述半反半透鏡、所述主反射鏡和所述第一平面反射鏡與所述紋影光源結構位于同一側，所述光源折返機構位于與所述紋影光源結構相對的一側；

所述紋影成像結構位于所述半反半透鏡反射的接收光路的輸出端上；

所述主反射鏡與所述第一平面反射鏡之間的光路與所述實驗區域內的流場方向相平行，所述第一平面反射鏡與所述光源折返機構之間的光路貫穿所述實驗區域，且與所述實驗區域內的流場方向相垂直。

作為本發明的一種優選方案，所述紋影光源結構包括沿紋影系統光軸方向順次設置的發射光源、聚焦鏡組和可調狹縫光闌；其中，

所述發射光源用于沿紋影系統光軸提供發射光；

所述聚焦鏡組用于對所述發射光進行聚焦后輸出。

作為本發明的一種優選方案，所述可調狹縫光闌為雙刃口結構，且形成的狹縫的長度大于所述聚焦鏡組的光斑直徑，形成的狹縫的寬度的調節范圍為不小于2mm；

形成的狹縫方向能夠繞紋影系統光軸呈360°進行旋轉。