本發(fā)明涉及光學測量，尤其是涉及聚焦式馬利探針設(shè)備及其測量氣動光學畸變波前的方法。

背景技術(shù)：

1、氣動光學畸變波前的測量一般采用非介入式的光學測量方法，其主要的實現(xiàn)原理為：流場中不同位置處流體的密度存在差異，因此在光線穿過流場的過程中光線的軌跡會發(fā)生偏折，并攜帶了流場的密度信息，通過測量光線通過流場后的偏折角信息并進行相關(guān)的計算，可以在一定程度上獲得流場的氣動光學畸變波前的分布。常見的方法有兩類：

2、一是能夠?qū)崿F(xiàn)一維氣動光學畸變波前測量的馬利探針(malley?probe,mp)。mp利用兩束直徑1mm量級的細光束穿過待測流場，用兩個位置探測器(position?sensingdevice,psd)同時測量得到兩束光的偏移量和偏折角等，再通過對psd測得的兩組光束位置信號進行互相關(guān)等分析，根據(jù)泰勒流場凍結(jié)假設(shè)測得流體對流速度，然后對偏折角信號進行相應(yīng)的積分，最終得到光束通過流場后產(chǎn)生的光程差(optical?path?difference,opd)。與之類似的有小孔徑光束技術(shù)(small?aperture?beam?technique,sabt)，sabt將mp技術(shù)的兩股光束擴展為多股，從而實現(xiàn)更大范圍的一維氣動光學畸變波前的測量。

3、二是能夠?qū)崿F(xiàn)平面二維氣動光學畸變波前測量的夏克-哈特曼波前傳感器(shack-hartmann?wavefront?sensor,s-h波前傳感器)和基于背景紋影技術(shù)的波前測試技術(shù)(bos-ws)。s-h波前傳感器采用微透鏡陣列將主光束分割成多個細小光束，然后采用ccd相機記錄各子光束的位置變化，測出待測流場導(dǎo)致的光束中心偏移，再根據(jù)幾何光學原理反推計算出二維波前畸變；bos-ws將s-h波前傳感器中的微透鏡陣列換成隨機背景點陣，采用ccd相機記錄待測流場引起的背景點的位置變化，然后根據(jù)幾何光學原理反推計算出二維畸變波前。

4、然而，作為非介入式的光學測量方法，無論是mp和sabt，還是s-h波前傳感器和bos-ws，雖然都把測量技術(shù)本身對流場測試的影響降到了最低，然而他們都存在著同一個嚴重問題：氣動光學畸變波前測量中使用的光束不僅通過了待測的流動結(jié)構(gòu)所在的區(qū)域(待測區(qū)域)，而且常常還會通過洞壁邊界層和大氣環(huán)境(無關(guān)區(qū)域)。因此，光束中同時攜帶著待測區(qū)域和無關(guān)區(qū)域的流場密度信息(即待測量和干擾量)，且現(xiàn)有技術(shù)手段無法有效的過濾或者剔除掉干擾量；當干擾量的量級與待測量的量級相近，或者說干擾量相比于待測量無法忽略時，就會導(dǎo)致上述技術(shù)無法準確測得流體的對流速度和光束通過流場以后的氣動光學畸變波前，甚至測出錯誤的結(jié)果。

5、因此，如何準確測量光束通過流場以后的氣動光學畸變波前是本發(fā)明要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種聚焦式馬利探針設(shè)備及其測量氣動光學畸變波前的方法，不僅能夠準確測量光束通過流場以后的氣動光學畸變波前，還可同時測出被測點前后的一小塊區(qū)域內(nèi)流體的對流速度。

2、根據(jù)本發(fā)明的一方面，至少一個實施例提供了一種測量氣動光學畸變波前的方法，包括：獲取待測區(qū)域的第一位置；將從第一區(qū)域傳來的光路聚焦在所述第一位置，并將繼續(xù)傳播的所述光路再次聚焦在第二位置以形成光斑，其中，所述第二位置位于與所述第一區(qū)域、所述待測區(qū)域依次接連的第二區(qū)域；利用所述光斑得到所述第一位置處的氣動光學畸變波前。

3、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，至少一個實施例還提供了一種聚焦式馬利探針設(shè)備，包括：處理器，適于實現(xiàn)各指令；以及存儲器，適于存儲多條指令，所述指令適于由處理器加載并執(zhí)行：本發(fā)明研發(fā)的測量氣動光學畸變波前的方法。

4、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，至少一個實施例還提供了一種測量氣動光學畸變波前的系統(tǒng)，包括：本發(fā)明研發(fā)的聚焦式馬利探針設(shè)備。

5、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，至少一個實施例還提供了一種計算機可讀的非易失性存儲介質(zhì)，存儲計算機程序指令，當所述計算機執(zhí)行所述程序指令時，執(zhí)行：本發(fā)明研發(fā)的測量氣動光學畸變波前的方法。

6、通過本發(fā)明上述實施方式，基于聚焦式馬利探針技術(shù)實現(xiàn)包括特征流動結(jié)構(gòu)的任意流場的流體對流速度和氣動光學畸變波前定點測量，不僅可以利用光束的擴束和聚焦較好的降低環(huán)境流場和洞壁邊界層等對待測點的氣動光學畸變波前測量的干擾，還可以利用本發(fā)明推導(dǎo)的公式能夠定量獲取流場中人們感興趣的某一空間點處的氣動光學畸變波前，同時測出該點前后的一小塊區(qū)域內(nèi)流體的對流速度。

技術(shù)特征：

1.一種測量氣動光學畸變波前的方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述待測區(qū)域包括來流邊界層和來流主流，所述來流主流包括特征流動結(jié)構(gòu)，其特征在于，獲取待測區(qū)域的第一位置包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述光路包括透射光和反射光，其特征在于，將從第一區(qū)域傳來的光路聚焦在所述第一位置包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，所述第二區(qū)域包括濾光片、高速相機和第二透鏡，其特征在于，將繼續(xù)傳播的所述光路再次聚焦在第二位置以形成光斑包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，所述第二透鏡的焦距為f2，所述第三位置距離所述第二位置為d，其特征在于，還包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，利用所述光斑得到所述第一位置處的氣動光學畸變波前包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，利用所述偏移量得到所述第一位置處的氣動光學畸變波前包括：

8.一種聚焦式馬利探針設(shè)備，其特征在于，包括：

9.一種測量氣動光學畸變波前的系統(tǒng)，其特征在于，包括：如權(quán)利要求8所述的聚焦式馬利探針設(shè)備。

10.一種計算機可讀的非易失性存儲介質(zhì)，存儲計算機程序指令，當計算機執(zhí)行程序指令時，執(zhí)行：如權(quán)利要求1-7任一所述的測量氣動光學畸變波前的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了聚焦式馬利探針設(shè)備及其測量氣動光學畸變波前的方法。該測量氣動光學畸變波前的方法，包括：獲取待測區(qū)域的第一位置；將從第一區(qū)域傳來的光路聚焦在所述第一位置，并將繼續(xù)傳播的所述光路再次聚焦在第二位置以形成光斑，其中，所述第二位置位于與所述第一區(qū)域、所述待測區(qū)域依次接連的第二區(qū)域；利用所述光斑得到所述第一位置處的氣動光學畸變波前。

技術(shù)研發(fā)人員：夏梓豪,丁浩林,駱蘇一名,易仕和,劉明星,孫瀟彬
受保護的技術(shù)使用者：中國人民解放軍國防科技大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/18