一種基于光纖傳導的數(shù)字全息層析三維測溫裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于光纖傳導的數(shù)字全息層析三維測溫裝置，屬于光電檢測【技術領域】。本裝置基于單模保偏光纖傳導，結合離軸數(shù)字全息和光學計算層析技術實現(xiàn)三維溫度場的測量。為了實現(xiàn)三維測溫，需記錄多角度的數(shù)字全息圖，因此將所述的三維測溫裝置搭建于精密電控旋轉臺上，電發(fā)熱源固定在精密電控旋轉臺的中心位置，測量過程中電發(fā)熱源形成的溫度場位置保持不變，步進電機控制精密電控旋轉臺的旋轉，使三維測溫裝置中的器件可以實現(xiàn)360°的旋轉。該三維測溫裝置通過一體化的光學平臺使得多個光學器件的分布緊湊、靈活、穩(wěn)定，實現(xiàn)了溫度場信息的多角度快速記錄，以及時間和空間高分辨率測量。
【專利說明】一種基于光纖傳導的數(shù)字全息層析三維測溫裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于光電檢測【技術領域】，具體涉及一種基于光纖傳導的數(shù)字全息層析三維 測溫裝置。

【背景技術】
[0002] 目前光學測溫法主要有莫爾偏折法、散斑法、干涉法等。數(shù)字全息利用光敏電子成 像器件(XD、CMOS等記錄全息圖，再用數(shù)字模擬全息圖的衍射再現(xiàn)原理通過對全息圖預處 理、再現(xiàn)、相位畸變矯正、相位解包裹等過程，獲得物光波場的定量振幅和相位信息。
[0003] 為了將數(shù)字全息技術應用于三維溫度場的測量，需要解決一些技術問題：（1)為 了實現(xiàn)溫度場的三維測溫，需要將數(shù)字全息技術和計算層析技術相結合，而計算層析技術 需要獲得多角度的相位數(shù)據(jù)，但目前的數(shù)字全息技術僅限于記錄單方向全息圖，再現(xiàn)得到 單方向的相位數(shù)據(jù)。（2)為提高信噪比和成像質(zhì)量，在圖像記錄過程當中需要對物光和參考 光的光強比、偏振性和入射夾角進行精確控制。（3)為避免由于旋轉待測溫度場而引入較大 的測量誤差，實驗采取旋轉干涉測量系統(tǒng)的方法以記錄多角度的數(shù)字全息圖，因此，實驗過 程中為便于整個干涉測量系統(tǒng)的旋轉，需要合理設計光路，使其結構緊湊，穩(wěn)定性好，同時 便于操作和調(diào)試。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出了一種基于光纖傳導的數(shù)字全息層析三維測溫裝置。本裝置基于單模 保偏光纖傳導，結合離軸數(shù)字全息和光學計算層析技術實現(xiàn)三維溫度場的測量。為了實現(xiàn) 三維測溫，需記錄多角度的數(shù)字全息圖，因此將所述的三維測溫裝置搭建于精密電控旋轉 臺上，電發(fā)熱源固定在精密電控旋轉臺的中心位置，測量過程中電發(fā)熱源形成的溫度場位 置保持不變，步進電機控制精密電控旋轉臺的旋轉，使三維測溫裝置中的第一光纖連接器、 第一光束準直透鏡、第二光纖連接器、第二光束準直透鏡、反射鏡、合光棱鏡和CMOS相機可 以實現(xiàn)360°的旋轉。此外，為了便于整個三維測溫裝置中相應組成器件的旋轉，所述的三 維測溫裝置采用兩根單模保偏光纖傳輸激光光源輸出的光并完成空間濾波，以獲得高對比 度的干涉條紋。該三維測溫裝置通過一體化的光學平臺使得多個光學器件的分布緊湊、靈 活、穩(wěn)定。
[0005] 本發(fā)明的一種基于光纖傳導的數(shù)字全息層析三維測溫裝置，為了使結構緊湊穩(wěn) 定，采用籠式結構，搭建全息干涉光路于精密電控旋轉臺上，該精密電控旋轉臺可精密設置 精確的旋轉角度。所述三維測溫裝置包含有激光光源、分光單元、第一光纖耦合裝置、第二 光纖耦合裝置、第一光束準直透鏡、第二光束準直透鏡、反射鏡、合光棱鏡和CMOS相機。所 述的激光光源是米用（補充型）固體激光器，中心輸出波長為532nm，功率為100mW。所述固 體激光器輸出的激光經(jīng)過分光單元進行分光處理得到兩束光；然后分開的兩束光分別經(jīng)過 第一光纖耦合裝置和第二光纖耦合裝置耦合到兩根單模保偏光纖中分別進行濾波并傳導。 其中一束光經(jīng)過第一光束準直透鏡后，經(jīng)過待測溫度場，攜帶待測溫度場的溫度分布信息 的衍射光波經(jīng)過合光棱鏡后照射CMOS相機靶面作為物光；另一束光經(jīng)過第二光束準直透 鏡后，再經(jīng)過反射鏡，經(jīng)由合光棱鏡照射CMOS相機靶面作為參考光，物光和參考光以微小 夾角在CMOS相機靶面相干疊加后生成干涉圖樣。測量過程中，通過調(diào)節(jié)反射鏡來獲取離軸 角，并通過調(diào)節(jié)分光單元中的半波片來改變物光、參考光的光強比例，以獲得對比度最高的 干涉圖樣。通過旋轉步進電機而使全息干涉光路隨之旋轉以獲取多角度照明下的全息圖， 實現(xiàn)多角度下的溫度場信息記錄。
[0006] 本發(fā)明的一種基于光纖傳導的數(shù)字全息層析三維測溫裝置，其具有如下優(yōu)點：
[0007] (1)、采用數(shù)字全息方法測量溫度具有非接觸的特點，對被測溫度場無干擾，快速 測量溫度場變化過程，并且將數(shù)字全息和計算層析相結合可以實現(xiàn)三維全場溫度場的測 量；
[0008] (2)、為了記錄多角度的數(shù)字全息圖，三維測溫裝置搭建于高精度步進電機旋轉平 臺上，電發(fā)熱源固定在精密電控旋轉平臺的中心位置，實現(xiàn)了溫度場信息的多角度快速記 錄，實現(xiàn)時間和空間高分辨率測量；
[0009] (3)、為便于光路的旋轉，采用基于光纖傳導的數(shù)字全息光路結構，采用單模保偏 光纖對激光器輸出的光進行空間濾波并傳導，并且采用籠式結構搭建全息干涉光路，使得 多個光學器件的分布緊湊、靈活、穩(wěn)定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明基于光纖傳導的數(shù)字全息層析三維測溫裝置的光路傳輸結構框圖。
[0011] 圖2是本發(fā)明基于光纖傳導的數(shù)字全息層析三維測溫裝置的光路示意圖。
[0012] 圖3是本發(fā)明光纖耦合裝置的結構框圖。
[0013] 圖4是本發(fā)明分光單元分光后并經(jīng)光纖傳導濾波的光路傳輸結構圖。
[0014] 圖中：
[0015]

【權利要求】
1. 一種基于光纖傳導的數(shù)字全息層析三維測溫裝置，其特征在于：所述三維測溫裝置 包含有激光光源、分光單元、第一光纖耦合裝置、第二光纖耦合裝置、第一光束準直透鏡、第 二光束準直透鏡、反射鏡、合光棱鏡和CMOS相機；所述激光光源發(fā)出的激光經(jīng)過分光單兀 進行分光處理得到兩束光；然后分開的兩束光分別經(jīng)過第一光纖耦合裝置和第二光纖耦合 裝置耦合到兩根單模保偏光纖中分別進行濾波并傳導；其中一束光經(jīng)過第一光束準直透 鏡后，經(jīng)過待測溫度場，攜帶待測溫度場的溫度分布信息的衍射光波經(jīng)過合光棱鏡后照射 CMOS相機靶面作為物光；另一束光經(jīng)過第二光束準直透鏡后，再經(jīng)過反射鏡，經(jīng)由合光棱 鏡照射CMOS相機靶面作為參考光，物光和參考光以微小夾角在CMOS相機靶面相干疊加后 生成干涉圖樣；所述的第一光纖耦合裝置和第二光纖耦合裝置具有相同的結構，第一光束 準直透鏡和第二光束準直透鏡為同一型號的透鏡。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于光纖傳導的數(shù)字全息層析三維測溫裝置，其特征在 于：所述的激光光源是采用補充型固體激光器，中心輸出波長為532nm，功率為100mW。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于光纖傳導的數(shù)字全息層析三維測溫裝置，其特征在 于：所述第一光纖耦合裝置由第一光纖耦合器、第一單模保偏光纖和第一光纖連接器組成， 第二光纖耦合裝置由第二光纖耦合器、第二單模保偏光纖和第二光纖連接器組成，其中，第 一光纖連接器、第二光纖連接器、第一光束準直透鏡、第二光束準直透鏡、反射鏡、合光棱鏡 和CMOS相機設置在精密電控旋轉臺上，隨著精密電控旋轉臺的旋轉而繞電發(fā)熱源旋轉；所 述待測溫度場是功率為200W的電發(fā)熱源形成的穩(wěn)定向上輻射的溫度場，電發(fā)熱源固定在 精密電控旋轉臺的中心位置。
4. 根據(jù)權利要求3所述的一種基于光纖傳導的數(shù)字全息層析三維測溫裝置，其特征在 于：所述第一光纖耦合器和第二光纖耦合器選用插座式非接觸型激光光纖耦合器，耦合效 率達60% ;所述第一單模保偏光纖和第二單模保偏光纖為單模保偏光纖跳線；所述第一光 束準直透鏡和第二光束準直透鏡為GCL-010147型的平凸透鏡；反射鏡選取GCC-102104型 反射鏡；合光棱鏡選用CM1-BS013型的分光棱鏡；CM0S9相機用于捕獲記錄數(shù)字全息圖，選 取型號為LU125M-W0IR，分辨率為1280 X 1024像素，最高幀頻15fps，光敏面尺寸2/3英寸， 數(shù)據(jù)接口為USB2. 0 ;精密電控旋轉臺是MRS 103型精密電控旋轉臺，通過步進電機驅(qū)動。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于光纖傳導的數(shù)字全息層析三維測溫裝置，其特征在 于：所述物光和參考光的光強比為1:5?5:1。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于光纖傳導的數(shù)字全息層析三維測溫裝置，其特征在 于：所述分光單元包括有可調(diào)衰減器、半波片和偏振分光棱鏡，激光依次經(jīng)可調(diào)衰減器、半 波片入射到偏振分光棱鏡上被分為兩束偏振方向正交的兩束光，即反射光和透射光。
7. 根據(jù)權利要求6所述的一種基于光纖傳導的數(shù)字全息層析三維測溫裝置，其特征在 于：所述可調(diào)衰減器選取GC0-0701M型圓形可調(diào)衰減器；半波片選取GCL-060411型石英零 級半波片；偏振分光棱鏡選取GCC-402102型偏振分光棱鏡。
【文檔編號】G01K11/32GK104390722SQ201410646198
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月14日 優(yōu)先權日:2014年11月14日
【發(fā)明者】潘鋒, 肖文, 趙晨曉, 李艷, 劉爍, 楊洪建, 閆貝貝, 陳宗暉 申請人:北京航空航天大學