[发明专利]二维聚焦激光差分干涉仪及平板边界层密度脉动测量方法

权利要求书

1.一种二维聚焦激光差分干涉仪，其特征在于，包括：光信号发射单元、第一柱面透镜、第一偏振片、第二柱面凸透镜、第三柱面凸透镜、第一棱镜、第二棱镜、第二偏振片及光电转换单元；

所述光信号发射单元的光信号依次经过所述第一柱面透镜、所述第一偏振片、所述第一棱镜、所述第二柱面凸透镜、所述第三柱面凸透镜、所述第二棱镜及所述第二偏振片后到达所述光电转换单元；

所述光信号发射单元用于产生一束平行的相干光束；所述第一柱面透镜用于将所述相干光束发散为扇形相干光束；所述第一偏振片用于过滤相干光束中的非相干噪声；所述第一棱镜用于将所述扇形相干光束分离为两束偏振方向相互垂直的两束扇形光束，其中，所述两束扇形光束之间的分离角满足预设要求；所述第二柱面凸透镜用于将所述两束扇形光束聚焦；所述第三柱面凸透镜用于将聚焦点后的两束发散扇形光束再聚焦；所述第二棱镜用于将两束相干光束合并；所述第二偏振片用于将合并后的相干光束进行干涉过滤；所述光电转换单元用于将合并干涉后的扇形光束的光强线性转换为电压信号。

2.根据权利要求1所述的二维聚焦激光差分干涉仪，其特征在于，所述第一柱面透镜为柱面凹透镜或柱面凸透镜。

3.根据权利要求1或2所述的二维聚焦激光差分干涉仪，其特征在于，所述第二柱面凸透镜和所述第三柱面凸透镜的焦距和尺寸均相同。

4.根据权利要求2所述的二维聚焦激光差分干涉仪，其特征在于，在所述第一柱面透镜为柱面凹透镜时，第一柱面凹透镜、所述第二柱面凸透镜和所述第三柱面凸透镜之间的位置关系符合成像定理。

5.根据权利要求4所述的二维聚焦激光差分干涉仪，其特征在于，1/L₁+1/L₂＝1/f₂，L₃＝f₂，其中，所述柱面凹透镜与所述第二柱面凸透镜之间的距离为L₁，所述第三柱面凸透镜与所述光电转换单元之间的距离为L₁，所述第二柱面凸透镜与聚焦点之间的距离为L₂，所述第三柱面凸透镜与所述聚焦点之间的距离为L₂，所述第一棱镜与所述第二柱面凸透镜之间的距离为L₃，所述第二棱镜与所述第三柱面凸透镜之间的距离为L₃，f₂为所述第二柱面凸透镜的焦距，其中，所述聚焦点位于所述第二柱面凸透镜与所述第三柱面凸透镜之间距离的中点处。

6.一种基于权利要求1至5任意一项所述的二维聚焦激光差分干涉仪的非介入式测量平板边界层内密度脉动的方法，其特征在于，包括：

(1)将所述二维聚焦激光差分干涉仪的聚焦点放置在平板边界层中所需要测量的空间点上；

(2)启动风洞并记录所述二维聚焦激光差分干涉仪输出的电压信号；

(3)根据电压信号获得所测流场的密度脉动信息。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述聚焦点所在的位置为所述第二柱面凸透镜与所述第三柱面凸透镜距离的中点处，且所述二维聚焦激光差分干涉仪的光线传播方向与流场的流动方向相互垂直，由所述二维聚焦激光差分干涉仪产生的二维扇形光束和平板表面平行，且所述聚焦点在边界层内部。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，步骤(3)包括：

由获得所测流场的密度脉动信息，其中，Δρ为流场测点位置密度梯度；ρ_L为测点平均密度；λ₀为激光波长；π为圆周率；L为测量敏感性区域长度；K为Gladstone-Dale常数；V为光电传感器输出的电压值；V₀＝2I₀RR_L，I₀为通过第一棱镜分光后的单束激光光强，R为光电传感器的二极管敏感度；R_L为光电传感器的负载电阻。