一種用于噴霧場(chǎng)測(cè)量的時(shí)間選通裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及噴霧場(chǎng)霧化過(guò)程的測(cè)量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于發(fā)動(dòng)機(jī)霧化過(guò)程是在密閉氣缸內(nèi)的快速、間歇的動(dòng)態(tài)過(guò)程。受到缸內(nèi)壓力、溫度、氣流的影響，整個(gè)噴霧霧化過(guò)程分為初次霧化、二次霧化及進(jìn)一步的分裂霧化?，F(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)噴射壓力成倍提高、噴射時(shí)間相當(dāng)短(<4ms)，燃料噴霧速度大于氣缸內(nèi)環(huán)境音速，由此產(chǎn)生的激波等現(xiàn)象使得燃料噴霧霧化過(guò)程更為復(fù)雜，這使得通常的測(cè)試技術(shù)均無(wú)法對(duì)燃料的霧化情況進(jìn)行準(zhǔn)確地測(cè)量。
[0003]圖1和圖2表示一個(gè)激光脈沖經(jīng)過(guò)散射介質(zhì)后的情形。從圖中可以看到，入射激光脈沖在時(shí)間上被分解成三部分，分別對(duì)應(yīng)于入射激光在散射介質(zhì)中的三種不同傳播方式。一種是空間上沿著入射光方向直接穿透介質(zhì)，時(shí)間上也是最先穿透散射介質(zhì)，稱為彈道光子(ballistic photons)。彈道光子帶有介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)最豐富的信息，比如它的強(qiáng)度變化反映了光傳播方向上吸收的積分效應(yīng)，它的相位變化反映了其在散射介質(zhì)中經(jīng)歷的光程；另外一種散射方向大致與入射光同向，被稱為蛇行光子(snake photons)，它透過(guò)散射介質(zhì)的時(shí)間要晚一些，相對(duì)于彈道光子有一定延時(shí)，但也攜帶有關(guān)于散射介質(zhì)較為豐富的信息，反映了沿著光入射方向上的散射介質(zhì)的一些散射特性；最后透過(guò)散射介質(zhì)的那部分激光脈沖，同時(shí)也是最大部分的激光脈沖，經(jīng)過(guò)了在散射介質(zhì)中的多次散射，其散射角度比較大，經(jīng)過(guò)的距離也比較長(zhǎng)，因此帶有散射介質(zhì)作為一個(gè)整體的、宏觀的散射特性，被稱為散射光子(diffuse photons)。要對(duì)散射介質(zhì)內(nèi)部細(xì)節(jié)成像，彈道光子是最優(yōu)的選擇。但一般而言，由于越往散射介質(zhì)深處，單次散射發(fā)生的幾率就越小，所以這種光子就比較弱，并且其所能探測(cè)的深度有限。提高該方法的成像效率，就要把其他的光子都去掉。最可行的方法就是在時(shí)域上引入光學(xué)快門(mén)，使得只有彈道光子和蛇形光子通過(guò)，而把散射光子擋住。這種快門(mén)技術(shù)的關(guān)鍵是利用參考光脈沖實(shí)現(xiàn)時(shí)間上的嚴(yán)格同步，進(jìn)而控制光學(xué)快門(mén)的開(kāi)與關(guān)，即所謂的時(shí)間選通。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為了實(shí)現(xiàn)在噴霧場(chǎng)測(cè)量過(guò)程中的時(shí)間選通，從而提供一種用于噴霧場(chǎng)測(cè)量的時(shí)間選通裝置及方法。
[0005]一種用于噴霧場(chǎng)測(cè)量的時(shí)間選通裝置，它包括分束片2、斬波器3、起偏器7、一號(hào)透鏡8、光學(xué)延遲部件13、二號(hào)透鏡16、光闌10、檢偏器11、探測(cè)器12、鎖相放大器17和計(jì)算機(jī)19 ;
[0006]超短激光脈沖經(jīng)分束片2分為泵浦光和探測(cè)光，所述泵浦光經(jīng)光學(xué)延遲部件13延遲后入射至二號(hào)透鏡16，經(jīng)二號(hào)透鏡16聚焦至克爾介質(zhì)9 ;
[0007]所述探測(cè)光經(jīng)斬波器3斬波后入射至噴霧場(chǎng)20，經(jīng)噴霧場(chǎng)20出射的探測(cè)光入射至起偏器7，經(jīng)所述起偏器7起偏后入射至一號(hào)透鏡8，經(jīng)所述一號(hào)透鏡8聚焦至克爾介質(zhì)9，且與二號(hào)透鏡16聚焦位置相同；
[0008]光闌10位于克爾介質(zhì)9后，用于阻擋透射出的泵浦光；檢偏器11位于光闌10后，且與起偏器7的偏振方向正交；經(jīng)光闌10透射的光入射至檢偏器11 ；
[0009]探測(cè)器12用于探測(cè)經(jīng)檢偏器11出射激光的光強(qiáng)，所述探測(cè)器12的電信號(hào)輸出端與鎖相放大器17的光強(qiáng)信號(hào)輸入端連接；所述鎖相放大器17與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；斬波器3的控制信號(hào)輸入端與鎖相放大器17的控制信號(hào)輸出端連接。
[0010]基于上述的一種用于噴霧場(chǎng)測(cè)量的時(shí)間選通方法，該方法具體為:
[0011]超短激光脈沖首先經(jīng)光學(xué)分束片分為泵浦光與探測(cè)光兩路；泵浦光經(jīng)過(guò)延遲線后聚焦至克爾介質(zhì)；探測(cè)光經(jīng)斬波后先入射至噴霧場(chǎng)，由噴霧場(chǎng)出射的探測(cè)光通過(guò)一偏振片起偏后也聚焦至克爾介質(zhì)的同一位置；克爾介質(zhì)后加入光闌以阻擋透射出的泵浦光；光闌后放置一與起偏器偏振方向正交的檢偏器；
[0012]在無(wú)泵浦光作用或泵浦光與探測(cè)光非同步到達(dá)克爾介質(zhì)的情況下，由于檢偏器與起偏器偏振方向嚴(yán)格正交，探測(cè)器接收不到由噴霧場(chǎng)出射的探測(cè)光信號(hào)，此時(shí)對(duì)應(yīng)于克爾I?的關(guān)閉狀態(tài)；
[0013]當(dāng)調(diào)節(jié)延遲線使得泵浦光與探測(cè)光同時(shí)到達(dá)光學(xué)克爾介質(zhì)時(shí)，在泵浦光作用下克爾介質(zhì)發(fā)生光致雙折射，這時(shí)會(huì)導(dǎo)致通過(guò)克爾介質(zhì)的探測(cè)光偏振特性發(fā)生克爾效應(yīng)，探測(cè)器將接收到探測(cè)光的信號(hào)，此時(shí)對(duì)應(yīng)克爾門(mén)的開(kāi)啟狀態(tài)；
[0014]進(jìn)而實(shí)現(xiàn)噴霧場(chǎng)測(cè)量的時(shí)間選通。
[0015]本發(fā)明在測(cè)試裝置中，利用光學(xué)克爾門(mén)技術(shù)來(lái)消除噴霧場(chǎng)對(duì)測(cè)試光的散射對(duì)噴霧場(chǎng)測(cè)試產(chǎn)生的影響，利用該效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)噴霧場(chǎng)出射的彈道光子、蛇形光子及散射光子等的時(shí)間選通。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是【背景技術(shù)】中散射介質(zhì)對(duì)激光脈沖的作用示意圖；
[0017]圖2是【背景技術(shù)】中通過(guò)散射介質(zhì)后的激光脈沖時(shí)域分布示意圖；
[0018]圖3是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0019]【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1說(shuō)明本【具體實(shí)施方式】，一種用于噴霧場(chǎng)測(cè)量的時(shí)間選通裝置，其特征是:它包括分束片2、斬波器3、起偏器7、一號(hào)透鏡8、光學(xué)延遲部件13、二號(hào)透鏡16、光闌10、檢偏器11、探測(cè)器12、鎖相放大器17和計(jì)算機(jī)19 ;
[0020]超短激光脈沖經(jīng)分束片2分為泵浦光和探測(cè)光，所述泵浦光經(jīng)光學(xué)延遲部件13延遲后入射至二號(hào)透鏡16，經(jīng)二號(hào)透鏡16聚焦至克爾介質(zhì)9 ;
[0021 ] 所述探測(cè)光經(jīng)斬波器3斬波后入射至噴霧場(chǎng)20，經(jīng)噴霧場(chǎng)20出射的探測(cè)光入射至起偏器7，經(jīng)所述起偏器7起偏后入射至一號(hào)透鏡8，經(jīng)所述一號(hào)透鏡8聚焦至克爾介質(zhì)9，且與二號(hào)透鏡16聚焦位置相同；
[0022]光闌10位于克爾介質(zhì)9后，用于阻擋透射出的泵浦光；檢偏器11位于光闌10后，且與起偏器7的偏振方向正交；經(jīng)光闌10透射的光入射至檢偏器11 ；
[0023]探測(cè)器12用于探測(cè)經(jīng)檢偏器11出射激光的光強(qiáng)，所述探測(cè)器12的電信號(hào)輸出端與鎖相放大器17的光強(qiáng)信號(hào)輸入端連接；所述鎖相放大器17與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
[0024]【具體實(shí)施方式】二、本【具體實(shí)施方式】與【具體實(shí)施方式】一所述的一種用于噴霧場(chǎng)測(cè)量的時(shí)間選通裝置的區(qū)別在于，它還包括電動(dòng)平移臺(tái)18，所述電動(dòng)平移臺(tái)18的控制信號(hào)輸入端與計(jì)算機(jī)19的控制信號(hào)輸出端連接，所述電動(dòng)平移臺(tái)18用于對(duì)光學(xué)延遲部件13進(jìn)行調(diào)整。
[0025]【具體實(shí)施方式】三、本【具體實(shí)施方式】與【具體實(shí)施方式】一或二所述的一種用于噴霧場(chǎng)測(cè)量的時(shí)間選通裝置的區(qū)別在于，它還包括一號(hào)反射鏡4、二號(hào)反射鏡5和三號(hào)反射鏡6，所述經(jīng)分束片2分出的