[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

说明书

本发明公开了一种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，属于流场测量领域，包括由光信号发射单元、第一柱面透镜、第二柱面凸透镜、第三柱面凸透镜、第一棱镜、第二棱镜、第一偏振片、第二偏振片及光电转换单元构成的激光差分干涉仪，光信号发射单元的光信号依次经过第一柱面透镜、第一偏振片、第一棱镜、第二柱面凸透镜、第三柱面凸透镜、第二棱镜及第二偏振片后到达光电转换单元。在进行平板边界层测量时，将光路聚焦点放置在平板边界层中；启动风洞并记录光电转换单元的电信号；根据电压信号获得所测流场的密度脉动。本发明中二维聚焦激光差分干涉仪中的片光聚焦点能够贴近平板表面以测得平板边界层内部流场密度脉动信息。

技术领域

本发明属于流场测量领域，更具体地，涉及一种二维聚焦激光差分干涉仪及非介入式测量平板边界层内密度脉动的方法。

背景技术

风洞实验是现阶段空气动力学研究的重要手段之一，实验中对流场信息的捕获离不开流场测量设备的支持。现阶段对于平板边界层内流场的密度脉动信息的测量缺乏相关技术手段。传统聚焦激光差分干涉仪由于光线通过球面透镜发散和聚焦后均为锥形光束，在平板边界层的测量中存在平板遮光现象，其测点无法放置在靠近平板表面的边界层之内。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种二维聚焦激光差分干涉仪及非介入式测量平板边界层内密度脉动的方法，由此解决传统聚焦激光差分干涉仪在测量平板边界层存在局限性的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种二维聚焦激光差分干涉仪，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关光束合并；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。

优选地，所述第一柱面透镜为柱面凹透镜或柱面凸透镜。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，1/L₁+1/L₂＝1/f₂，L₃＝f₂，其中，所述第一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。

按照本发明的另一个方面，提供了一种基于上述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，包括：