一种扫描式流场二维平面测量聚焦激光差分干涉仪的制作方法

1.本发明属于流场测量领域，更具体地涉及一种扫描式流场二维平面测量聚焦激光差分干涉仪。


背景技术：

2.风洞试验是空气动力学研究的重要手段之一，风洞试验过程中对流场信息的捕获离不开流场测量设备的支持。现阶段定量的风洞试验测量手段包括热线风速仪、脉动压力传感器、皮托探头等。但上述测量方法均存在不足：热线风速仪探头十分脆弱，导致在高速风洞试验过程中经常损毁，脉动压力传感器及皮托探头响应频率较低，且无法耐受高温试验环境，不适合高速高温来流条件下的风洞试验。因此现阶段对于超音速及高超音速来流密度信息可以通过聚焦激光差分干涉仪获得，由于聚焦激光差分干涉仪是利用光的干涉及折射原理对来流密度场进行测量，因此并不具备侵入式探头，不会对流场产生额外干扰和改变流场信息，不会发生探头损毁。此外，由于聚焦激光差分的聚焦能力，它可以将大部分非敏感区域流场信息从试验光路探测的最佳位置附近的感兴趣的流动特征中剔除。超声速及高超声速风洞的有效运行时间有限，现有的聚焦激光差分干涉仪主要存在两方面问题：首先，现有的聚焦激光差分干涉仪的发射光路和接收光路均为多组透镜以及激光发射器和光电传感器组合而成，光学镜片间的相对位置的准直调节和布置复杂繁琐费时，由此导致不同测点的测量需要在不同车次中完成，严重限制了风洞试验进度和效率。其次，现有的聚焦激光差分干涉仪的发射光路和接收光路受限于准直调节的原因均固定于待测来流的两侧，与来流的相对位置固定不变，无法对来流进行空间二维场扫描测量，严重限制了此项技术的发展与应用空间。


技术实现要素：

3.为解决现有技术中聚焦激光差分干涉仪中光学镜片间的相对位置的准直调节和布置复杂繁琐费时以及无法对来流进行空间二维场扫描测量的问题，本发明提供一种扫描式流场二维平面测量聚焦激光差分干涉仪。
4.本发明采用的具体方案为：一种扫描式流场二维平面测量聚焦激光差分干涉仪，激光差分干涉仪包括发射光路段、接收光路段，所述发射光路段包括发射光路镜组套筒，所述发射光路镜组套筒内依次设置相干激光光源、凹透镜、第一偏振片、第一沃拉斯顿棱镜、第一凸透镜；所述凹透镜、第一偏振片、第一沃拉斯顿棱镜、第一凸透镜外均设置环形固定架，所述环形固定架通过与旋钮连接固定在发射光路镜组套筒上。
5.所述接收光路段包括接收光路镜组套筒，所述接收光路镜组套筒内依次设置第二凸透镜、第二沃拉斯顿棱镜、第二偏振片、光电接收器，所述第二凸透镜、第二沃拉斯顿棱镜、第二偏振片外均设置环形固定架，所述环形固定架通过与旋钮连接固定在接收光路镜组套筒上。
6.所述发射光路镜组套筒、接收光路镜组套筒的单侧开有长条状开孔。
环形固定架。
具体实施方式
18.在下文将结合附图对本发明做进一步详细地说明，显然此处应该理解的是，所描述的实施方案不是全部的实施方案，仅用于解释说明本发明，而不限制本发明。
19.本发明提供一种扫描式流场二维平面测量聚焦激光差分干涉仪，激光差分干涉仪包括发射光路段、接收光路段，所述发射光路段包括发射光路镜组套筒10，所述发射光路镜组套筒10内依次设置相干激光光源1、凹透镜2、第一偏振片3、第一沃拉斯顿棱镜4、第一凸透镜5；所述凹透镜2、第一偏振片3、第一沃拉斯顿棱镜4、第一凸透镜5外设置环形固定架16，所述环形固定架16与旋钮12连接，所述旋钮12与环形固定架16通过螺纹的形式连接,使环形固定架16固定在发射光路镜组套筒10上。所述接收光路段包括接收光路镜组套筒11，所述接收光路镜组套筒11内设置第二凸透镜6、第二沃拉斯顿棱镜7、第二偏振片8、光电接收器9，所述第二凸透镜6、第二沃拉斯顿棱镜7、第二偏振片8、光电接收器9外均设置环形固定架16，所述环形固定架16通过与旋钮12连接固定在接收光路镜组套筒上。进一步地,所述环形固定架16均在侧面设置旋钮12，所述旋钮12与环形固定架16通过螺纹的形式连接,使环形固定架16固定在接收光路镜组套筒11上。
20.在一种实施方式中，所述环形固定架16套在光学元件外侧(即光学元件内嵌于所述环形固定架内)，旋钮上设置螺纹杆，所述螺纹杆伸入长条状开孔后与第一光学元件安装座套螺纹配合连接，方便拆卸。参照附图4，本发明中其余光学元件与相应套筒的连接方式与凹透镜与发射光路镜组套筒的连接方式相同。
21.本发明通过设置发射光路镜组套筒以及接收光路镜组套筒，将光路内的各个光学元件的位置固定，同时可以更加方便的调节各个光学元件的位置，解决了现有聚焦激光差分干涉仪的发射光路和接收光路均为多组透镜以及激光发射器和光电传感器组合而成，光学镜片间的相对位置的准直调节和布置复杂繁琐费的问题。
22.所述发射光路镜组套筒10、接收光路镜组套筒11的单侧开有长条状开孔13。所述长条状开孔为“l”形长条状开孔或矩形开孔，“l”形长条状开孔的轴向开孔用于调整光学镜片间的相对位置，周向开孔用于更方便的向套筒内放置镜片，便于移动调整透镜、棱镜、偏振片到合适的光路位置，为方便寻找光学元件在光路中的正确位置，长条状开孔上标有刻度尺。所述透镜、棱镜、偏振片均安装在环形固定架中，所有环形固定架均在侧面配备旋钮，旋钮用于固定光学元件在发射光路镜组套筒和接收光路镜组套筒中的相对位置，在调整好光学元件的位置后，可旋紧旋钮使其固定在套筒中的某一个位置，通过合理选择组成上述聚焦激光差分干涉仪的各元件，确保其参数合适，并调节各元件的位置，可以将聚焦区域的焦点移到目标测点上，并在同一试验车次中，通过将发射光路镜组套筒和接收光路镜组套筒固定于电动同步平移装置上，得到一系列目标测点的密度脉动信息，极大提升试验效率，并能够通过后处理进行相关性分析，得到更多的流场信息。
23.所述接收光路镜组套筒11的一端设置光电接收器9，所述光电接收器9固定在接收光路镜组套筒11端面的中心位置，使整个光路的结构更加紧凑，便于移动同时节约了空间。所述激光差分干涉仪包括设置在光路两侧的同步移动电控系统。所述同步移动电控系统包括伺服控制器、同步控制器、伺服电机、接收侧同步平移机构、发射侧同步平移机构。所述同
步移动电控系统驱动待测流场两侧机构同步在轨道上移动。所述的发射光路镜组套筒和接收光路镜组套筒均固定于同步移动电控系统的底座上，光路两侧同步移动电控系统通过伺服控制器和同步控制器的组合控制，驱动光路（发射光路镜组套筒和接收光路镜组套筒）两侧安装在底座下方的伺服电机并在固定好的轨道上精确移动，实现位于流场两侧的发射光路套筒和接收光路套筒的同步移动。伺服控制器控制伺服电机的启停和运行速度，同步控制器控制发射光路及接收光路两侧的两台伺服电机同步运转，伺服电机推动接收侧和发射侧同步平移机构的向前和向后移动。
24.在所述激光差分干涉仪的同一通道中，沿风洞来流展向测量宽度ls遵循高斯分布，测点区域的中心位置最为敏感，远离中心点处的敏感性会越来越小。当敏感性下降到高斯分布的特征值以下，即敏感性低于最大值的时认为到达光路的非测试区域。所述同步移动电控系统驱动待测流场两侧机构同步在轨道上移动。所述同步移动电控系统驱动光路两侧伺服电机平面移动误差不超过1mm。所述同步移动电控系统驱动光路两侧伺服电机平面移动最大速度1m/s，在同步平移过程中保持整个光路的准直性不被破坏。
25.所述相干激光光源1、凹透镜2、第一偏振片3、第一沃拉斯顿棱镜4、第一凸透镜5同轴设置。所述第二凸透镜6、第二沃拉斯顿棱镜7、第二偏振片8、光电接收器9同轴设置，实现对来流进行空间二维场扫描测量。
26.本发明适用于工程风洞，需要具备短时间内更换和调整光学透镜的功能。本发明使用套筒式的设计发明方案，在保持光路准直度的同时，具备快速移动和调整的功能，综合克服了现有的聚焦激光差分干涉仪的发射光路和接收光路受限于准直调节的原因均需要固定于待测来流的两侧，与来流的相对位置固定不变，无法对来流进行空间二维场扫描测量，严重限制了此项技术的发展与应用空间的技术阻力，本发明操作简单，极大的节约了人力物力同时本发明能实现能够实现对风洞来流流场的平面扫描层析式二维流场密度脉动测量。
27.以上附图及解释说明仅为本发明的一种具体实施方式，但本发明的具体保护范围不仅限以上解释说明，任何在本发明揭露的技术思路范围内，及根据本发明的技术方案加以简单地替换或改变，都应在本发明的保护范围之内。