專利名稱：大氣中大推力發(fā)動機羽流場對激光傳輸影響測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及光電檢測技術(shù)，具體指一種大氣中大推力發(fā)動機羽流場對激光傳輸影 響測試裝置，它用來測試在大氣條件下7000牛頓以上大推力火箭發(fā)動機羽流場對激光傳 輸特性的影響。
背景技術(shù)：
在太空探測過程中，星球著陸器上激光敏感器是保證其順利著陸的重要測試設(shè) 備。著陸器飛行姿態(tài)的調(diào)整依靠火箭發(fā)動機來實現(xiàn)，其中包括小推力發(fā)動機及大推力發(fā)動 機。大推力火箭發(fā)動機羽流場是一種高溫強粒子流場，而激光敏感器的傳輸路徑會從中穿 過，這樣激光的傳輸特性將會受到羽流場的影響而改變，進而影響激光敏感器準(zhǔn)確工作。因 此急需了解真空狀態(tài)下大推力火箭羽流場激光的作用及其影響，以在敏感器系統(tǒng)及著陸器 推進系統(tǒng)設(shè)計中加以改進，消除可能存在的對安全著陸的影響.目前在地面模擬測試中， 小推力火箭發(fā)動機可在真空罐中進行以模擬真空狀態(tài)，但7000牛頓以上大推力火箭發(fā)動 機實驗還無法在真空罐中進行。因此，大氣條件下火箭發(fā)動機對激光傳輸影響的測試實驗 具有重要的參考意義。大氣條件下測試工況非常惡劣，由于火箭發(fā)動機被固定在測試臺上，點火時強大 的噪聲與沖擊力使測試環(huán)境存在較大的振動影響，且測試人員無法靠近現(xiàn)場，必須在隔離 區(qū)之外工作。本專利針對大氣條件下的惡劣測試工況，提出一種滿足該工況的大推力火箭羽流 場對激光傳輸特性影響的測試裝置，評估羽流場對激光能量衰減、指向偏折、光束質(zhì)量的影 響。
發(fā)明內(nèi)容本專利的目的是提供一種大氣條件下大推力火箭發(fā)動機羽流場對激光傳輸特性 影響的測試裝置。該裝置采用雙分析光路進行數(shù)據(jù)采集與比較以消除環(huán)境振動對測試結(jié)果 的影響，并采用無線局域網(wǎng)進行遠(yuǎn)程控制.然后采用離線圖像處理的方法，分析羽流場引 起的激光能量衰減、指向偏折、光束質(zhì)量惡化情況，以全面評估大氣條件下大推力火箭發(fā)動 機羽流場對激光傳輸特性的影響。本專利的技術(shù)方案是這樣來實現(xiàn)的，大推力火箭發(fā)動機固定安裝于測試平臺上， 以發(fā)動機中軸線作為基準(zhǔn)線，在其一側(cè)固定安裝兩臺相同規(guī)格的1064nm連續(xù)紅外激光器， 兩臺激光器光路相互平行，其中一臺激光器光路與基準(zhǔn)線等高作為主光路，另一臺激光器 光路高于發(fā)動機羽流最高點作為參考光路。在基準(zhǔn)線另一側(cè)固定安裝兩臺相同規(guī)格的紅外 面陣攝像機，分別接收來自兩臺激光器的激光束，紅外面陣攝像機通過視頻圖像采集卡與 數(shù)據(jù)采集計算機相聯(lián)接，計算機中安裝有數(shù)據(jù)采集軟件。在兩臺計算機中安裝802. Iln規(guī) 格的無線網(wǎng)卡，另準(zhǔn)備兩臺安裝有同規(guī)格無線網(wǎng)卡的控制計算機與一臺802. Iln規(guī)格的無 線交換機組建無線局域網(wǎng)。兩臺控制計算機放置于隔離區(qū)以外，測試人員通過遠(yuǎn)程桌面遠(yuǎn)程控制數(shù)據(jù)采集計算機進行數(shù)據(jù)采集與存儲?；鸺l(fā)動機點火前，打開兩臺激光器，并用微光夜視儀進行瞄準(zhǔn)調(diào)節(jié)，使兩臺激光 器光束分別被兩臺紅外面陣攝像機接收。經(jīng)過光學(xué)衰減片及窄帶濾光片組合調(diào)節(jié)，使攝像 機接收紅外光強接近其飽和值。測試人員撤離至隔離區(qū)之外，通過遠(yuǎn)程控制采集點火前若 干時間的兩激光光斑光強分布圖像。隨后發(fā)動機點火，同樣通過遠(yuǎn)程控制采集點火后若干 時間的兩激光光斑光強分布圖像。離線視頻圖像處理時，先分析參考光路點火前后光斑圖 像的變化情況，利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計的方法得到振動的物理參數(shù)。在主光路點火前后的圖像處理 中，仍采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計的方法得到統(tǒng)計參數(shù)，并結(jié)合振動物理參數(shù)，分析激光光強、指向、光斑 能量分布點火前后統(tǒng)計特性的變化，以全面評估大氣條件下大推力火箭發(fā)動機羽流場對激 光傳輸特性的影響。

圖1、2為本專利的技術(shù)原理圖，圖中1_工作平臺；2-大推力火箭發(fā)動機； 3-1064nm紅外測量激光器；4_1064nm紅外參考激光器；5_1064nm衰減片組；6_1064nm窄帶 濾光片；7-套筒；8-紅外面陣參考攝像機；9-紅外面陣測量攝像機；10-視頻圖像采集與處 理子系統(tǒng)；10-1-測量通道控制計算機；10-2-802. Iln規(guī)格無線網(wǎng)卡；10_3_參考通道控制 計算機；10-4-802. Iln規(guī)格無線交換機；10_5_視頻圖像采集卡；10_6_參考數(shù)據(jù)采集計算 機；10-7-測量數(shù)據(jù)采集計算機；11-護欄。
具體實施方式
本專利的原理如圖1所示，測試現(xiàn)場設(shè)置長寬各50m左右由護欄11圍起的隔離 區(qū)，在發(fā)動機點火后測試人員撤離隔離區(qū)外以保證安全。大推力火箭發(fā)動機2固定安裝在 工作平臺1上，以發(fā)動機中軸線作為基準(zhǔn)線，在其一側(cè)固定安裝兩臺相同規(guī)格的1064nm紅 外測量激光器3和1064nm紅外參考激光器4，兩臺激光器光路相互平行。其中測量激光器 光路與基準(zhǔn)線等高作為主光路，參考激光器光路高于發(fā)動機羽流最高點作為參考光路。在 基準(zhǔn)線另一側(cè)固定安裝兩臺相同規(guī)格的紅外面陣測量攝像機9和紅外面陣參考攝像機8， 分別接收來自測量激光器和參考激光器的激光束。兩紅外面陣攝像機前裝有套筒7，套筒 前端面固定安裝有1064nm窄帶濾光片6以消除環(huán)境雜散光的干擾。濾光片6前固定安裝 1064nm衰減片組5，可調(diào)節(jié)其組合使到達紅外面陣攝像機光敏面的光強合適。紅外面陣攝 像機通過視頻圖像采集與處理子系統(tǒng)10進行數(shù)據(jù)采集及處理。視頻圖像采集與處理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，紅外面陣測量攝像機與參考攝像機 分別通過視頻圖像采集卡10-5與測量數(shù)據(jù)采集計算機10-7和參考數(shù)據(jù)采集計算機10-6 相聯(lián)接，計算機中安裝有數(shù)據(jù)采集軟件。另準(zhǔn)備測量通道控制計算機10-1和參考通道控制 計算機10-3用來分別控制測量數(shù)據(jù)采集計算機10-7和參考數(shù)據(jù)采集計算機10-6。在四臺 計算機中都安裝802. Iln規(guī)格無線網(wǎng)卡10-2，與一臺802. Iln規(guī)格無線交換機10_4組建無 線局域網(wǎng)。火箭發(fā)動機點火前，打開兩激光器，并用微光夜視儀進行瞄準(zhǔn)調(diào)節(jié)，使兩臺激光器 光束分別被紅外面陣測量攝像機和參考攝像機接收.經(jīng)過衰減片組5及窄帶濾光片6組合 調(diào)節(jié)，使紅外面陣測量攝像機9和紅外面陣參考攝像機8接收紅外光強接近其飽和值。測試人員撤離至隔離區(qū)之外，操作測量通道控制計算機10-1和參考通道控制計算機10-3，通 過遠(yuǎn)程桌面控制測量數(shù)據(jù)采集計算機10-7和參考數(shù)據(jù)采集計算機10-6。采集點火前若干 時間的兩激光光斑光強分布圖像。隨后發(fā)動機點火，同樣通過遠(yuǎn)程控制采集點火后若干時 間的兩激光光斑光強分布圖像。 離線視頻圖像處理時，先分析參考光路點火前后光斑圖像的變化情況，利用數(shù)學(xué) 統(tǒng)計的方法得到振動的物理參數(shù)。在主光路點火前后的圖像處理中，仍采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計的方 法得到統(tǒng)計參數(shù)，并結(jié)合振動物理參數(shù)，分析激光光強、指向、光斑能量分布點火前后統(tǒng)計 特性的變化，以全面評估大氣條件下大推力火箭發(fā)動機羽流場對激光傳輸特性的影響。
權(quán)利要求一種大氣條件下大推力火箭發(fā)動機羽流場對激光傳輸特性影響的測試裝置，它主要包括工作平臺、大推力火箭發(fā)動機、2臺紅外激光器、2臺紅外面陣攝像機和視頻圖像采集與處理子系統(tǒng)，其特征在于大推力火箭發(fā)動機(2)固定安裝在工作平臺(1)上；以發(fā)動機中軸線作為基準(zhǔn)線，在其一側(cè)固定安裝兩臺相同規(guī)格的1064nm紅外測量激光器(3)和1064nm紅外參考激光器(4)，兩臺激光器光路相互平行，其中測量激光器光路與基準(zhǔn)線等高作為主光路，參考激光器光路高于發(fā)動機羽流最高點作為參考光路；在基準(zhǔn)線另一側(cè)固定安裝兩臺相同規(guī)格的紅外面陣測量攝像機(9)和紅外面陣參考攝像機(8)，，分別接收來自1064nm紅外測量激光器(3)和1064nm紅外參考激光器(4)的激光束；所述的兩紅外面陣攝像機(3)和(4)前裝有套筒(7)，所述的套筒前端面固定安裝有可以消除環(huán)境雜散光干擾的1064nm窄帶濾光片(6)；在所述的1064nm窄帶濾光片(6)前安裝1064nm衰減片組(5)，通過調(diào)節(jié)其組合使到達紅外面陣攝像機光敏面的光強合適；紅外面陣攝像機通過視頻圖像采集與處理子系統(tǒng)(10)進行數(shù)據(jù)采集及處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大氣條件下大推力火箭發(fā)動機羽流場對激光傳輸特性 影響的測試系統(tǒng)，其特征在于所述的視頻圖像采集與處理子系統(tǒng)(10)由測量通道控制計 算機(10-1),802. Iln規(guī)格無線網(wǎng)卡(10_2)、參考通道控制計算機(10-3) ,802. Iln規(guī)格無 線交換機(10-4)、視頻圖像采集卡(10-5)、參考數(shù)據(jù)采集計算機(10-6)和測量數(shù)據(jù)采集計 算機(10-7)構(gòu)成，紅外面陣測量攝像機(9)與參考攝像機(8)分別通過視頻圖像采集卡 (10-5)與測量數(shù)據(jù)采集計算機(10-7)和參考數(shù)據(jù)采集計算機(10-6)相聯(lián)接，計算機中安 裝有數(shù)據(jù)采集軟件；測量通道控制計算機(10-1)和參考通道控制計算機(10-3)用來分別 控制測量數(shù)據(jù)采集計算機(10-7)和參考數(shù)據(jù)采集計算機(10-6)；在上述四臺計算機中都 安裝802. Iln規(guī)格無線網(wǎng)卡(10-2)，與一臺802. Iln規(guī)格無線交換機(10_4)組建無線局域 網(wǎng)。
專利摘要本專利公開了一種大氣條件下大推力火箭發(fā)動機羽流場對激光傳輸特性影響的測試裝置。該裝置采用雙分析光路進行數(shù)據(jù)采集與比較以消除環(huán)境振動對測試結(jié)果的影響，并采用無線局域網(wǎng)進行遠(yuǎn)程控制，然后采用離線圖像處理的方法，分析羽流場引起的激光能量衰減、指向偏折、光束質(zhì)量惡化情況，以全面評估大氣條件下大推力火箭發(fā)動機羽流場對激光傳輸特性的影響。
文檔編號G01J3/28GK201688915SQ201020154290
公開日2010年12月29日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者萬雄, 王建宇, 舒嶸, 黃庚華 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所