[发明专利]中心遮挡情况下的大口径偏折型径向剪切干涉检测装置及其方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种中心遮挡情况下的大口径偏折型径向剪切干涉检测装置及其方法。

背景技术

在高超音速流场空气动力学测试中，对风洞中目标物周围流场的精确测量是一个亟待解决的问题。传统的较为成熟的方法有阴影法和纹影法，其中阴影法对流场变化的二阶导数敏感，而纹影法对流场变化的一阶导数敏感，但由于它们采用的是几何光学的原理，其在测量精度上仍有待提高。对高速流场区域采用径向剪切干涉法进行检测也是一种行之有效的手段。首先，径向剪切干涉采用了光学干涉的方法，将经过流场后畸变波前的检测精度提高到了光学波长量级；其次，径向剪切干涉仪属于准共路干涉系统，具有较高的抗干扰能力，保证了风洞检测中高噪音、高振动的环境下仍然能够得到较为稳定的干涉条纹，从而确保了实验结果的正确性；另外，采用径向剪切干涉的方法经过后期的数据处理后最终得到的数据为经过流场检测光束的波前位相分布信息，可以在此基础上进行空间折射率场或密度场的重构，这是采用光强分布测量的阴影法和纹影法所不能具备的。

对于高速流场检测来说，对风洞中心目标物周围流场的检测是较为常见的情形，但是由于传统的径向剪切干涉法采用缩束光斑与扩束光斑共轴同心的配置，缩束光斑将落在扩束光斑中目标物所投射的阴影区内，导致干涉条纹无法形成。因此，就需要提出一种能够在目标物中心遮挡情况下的对周围流场进行检测的干涉检测方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种中心遮挡情况下的大口径偏折型径向剪切干涉检测装置及其方法。

中心遮挡情况下的大口径偏折型径向剪切干涉检测装置包括激光器、准直扩束系统、目标物、待测区域、分光镜、第一反射镜、高剪切比大口径望远镜系统、第二反射镜、成像透镜和探测器；其中，目标物置于待测区域中心，激光器、准直扩束系统、目标物、分光镜、第一反射镜、高剪切比大口径望远镜系统、第二反射镜、分光镜、成像透镜以及探测器在第一条光路中顺序排列；激光器、准直扩束系统、目标物、分光镜、第二反射镜、高剪切比大口径望远镜系统、第一反射镜、分光镜、成像透镜以及探测器在第二条光路中顺序排列；第一反射镜和第二反射镜均与竖直方向成夹角                                               ，为，使经过高剪切比大口径望远镜系统的缩束光和扩束光偏离原光轴传播。

中心遮挡情况下的大口径偏折型径向剪切干涉检测方法包括如下步骤：

(1) 调节激光器、准直扩束系统、分光镜、第一反射镜、高剪切比大口径望远镜系统、第二反射镜、成像透镜、探测器等高同轴，调节准直扩束系统使得大口径平行光出射；

(2) 调节分光镜的角度使得经过分光镜的透射光和反射光互成90°夹角，且分别照射在第一反射镜和第二反射镜上；

(3) 调节第一反射镜和第二反射镜在水平方向上的角度和竖直方向上的倾角，使得第一条光路和第二条光路经过成像透镜后的光斑在探测器上重合；

(3) 在第一反射镜和第二反射镜之间加入高剪切比大口径望远镜系统，调节该望远镜系统的位置和倾角使得探测器上的缩束光斑与扩束光斑同心，并产生干涉条纹；

(4) 调节第一反射镜和第二反射镜在竖直方向上的倾角，使得探测器上的缩束光斑移出扩束光斑的目标物阴影处并产生干涉；

(5) 采集探测器上接收到的干涉图，将扩束波前参与干涉的部分光波近似为平面波，对干涉图进行相位解包，得到干涉图的相位数据。

本发明采用将缩束光路和扩束光路与光轴偏离的方法，使得探测器上的缩束光斑可以移到扩束光斑的边缘区域，解决了采用传统径向剪切干涉方法无法对含有目标物中心遮挡的空间区域进行波前检测的难题，又由于所述的高剪切比大口径望远镜系统具有较高的剪切比，可以将扩束波前参与干涉的部分光波近似为平面波来处理，使得干涉图的处理可以采用较为简单的传统泰曼格林干涉系统的相位解包方法，即看成是一路检测光波和一路参考平面光波的干涉，而无需使用较为耗时的径向剪切波面迭代重构算法，在一定程度上简化了实验数据的处理过程，缩短了处理时间。

附图说明

图1是中心遮挡情况下的大口径偏折型径向剪切干涉检测装置结构示意图；

图2是本发明的缩束光束和扩束光束偏离光轴通过高剪切比大口径望远镜系统的光路示意图；

图3是中心遮挡情况下的大口径偏折型径向剪切干涉检测方法的流程图；   

图4是探测器前缩束光斑和扩束光斑以及其中目标物阴影位置的示意图与干涉图；