[实用新型]一种激光诱导荧光三维流体探测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，特别是涉及一种激光诱导荧光三维流体探测系统。

背景技术

流体力学是研究流体(包括液体和气体)的力学运动规律及其应用的学科，流体力学中主要涉及的流场包括标量场和矢量场。常见的标量场包括温度场和浓度场等，常见的矢量场有速度场等。流动测量又是研究流体力学中流场的重要手段。很多重要的流动现象，比如：激波、边界层、壁面猝发以及大涡结构等都是通过流动测量来发现的。对于流动测量，主要包括接触式测量和非接触式测量。与接触式测量相比，非接触式测量不会对原流场产生扰动，是精细流动测量尤其是湍流测量的重要手段。

激光诱导荧光(Laser-Induced Fluorescence，LIF)技术是目前常用的一种非接触式的流动测量技术。激光照射到被探测的流体上，当激光光子的能量等于被探测的流体中某种组分的分子中两个特定能级之间的能量差时，该分子会吸收激光光子的能量跃迁至高能态。跃迁到高能态的分子不稳定，会很快从高能态返回基态。分子从高能态返回基态的过程中，会产生自发辐射释放能量产生荧光。利用图像采集设备记录随被探测的流体一起流动的荧光物质的荧光，可以实现对复杂流场的可视化。LIF主要应用于水体流场的流动测量，当然也可以应用于气体以及等离子体等流场的流动测量。

目前，激光诱导荧光探测主要采用PLIF技术，利用传统线性激光器作为光源，TEM₀₀模式下输出的激光为高斯分布激光，通过半圆柱透镜获得扇形片光源，难以实现高精度三维流动测量。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题在于提供一种激光诱导荧光三维流体探测系统，对片状光激光器输出片状激光扩束和准直后获得所需宽度的片状探 测光，利用扫描设备控制片状探测光对探测区域中的探测样品进行扫描，解决了现有技术中无法实现高精度三维流动测量的问题。

为此，本实用新型解决技术问题的技术方案是：

一种激光诱导荧光三维流体探测系统，所述系统包括：

片状光激光器，透镜组，扫描设备，图像采集设备以及图像处理设备；

所述片状光激光器包括多点式半导体激光器LD bar条，耦合镜以及谐振腔，所述谐振腔中设置有倍频晶体；

所述多点式LD bar条作为所述片状光激光器的泵浦光源，输出片状的泵浦光；所述耦合镜将所述片状的泵浦光耦合至所述谐振腔；所述片状的泵浦光经过所述谐振腔进行放大和倍频后输出片状激光；

所述透镜组对所述片状激光进行扩束和准直后得到片状探测光，将所述片状探测光输出至所述扫描设备；

所述扫描设备将所述片状探测光反射至流动样品探测区域，并且在垂直于所述片状探测光入射至探测区域的方向上，控制所述片状探测光在按照预设的速度对所述探测区域的流动样品进行扫描；

所述图像采集设备采集所述片状探测光照射所述探测区域的流动样品所得的多幅二维荧光图像；

所述图像处理设备对多幅所述二维荧光图像进行三维重建获得所述探测区域的流动样品的三维探测结果。

可选的，所述片状光激光器还包括：

整形器件，所述整形器件设置在所述多点式LD bar条以及所述耦合镜之间；

所述整形器件接收所述多点式LD bar条输出的片状的泵浦光，对所述片状的泵浦光进行整形，向所述耦合镜输出光强均匀化的片状泵浦光。

可选的，所述透镜组包括：

多个球面镜组成的第一子透镜组和多个柱面镜组成的第二子透镜组；

所述第一子透镜组对所述片状激光进行5倍扩束；

所述第二子透镜组对所述片状激光的子午方向实现10倍扩束。

可选的，所述扫描设备包括：

三个反射镜，两个运动导轨，与两个运动导轨分别匹配的滑块以及两个驱动电机；

所述第一反射镜和第二反射镜固定安装在所述第一滑块上，所述第一滑块滑动安装在所述第一运动导轨上，所述第一滑块能够在第一驱动电机的驱动下沿所述第一运动导轨滑动；

所述第三反射镜固定安装在所述第二滑块上，所述第二滑块滑动安装在所述第二运动导轨上，所述第二滑块能够在第二驱动电机的驱动下沿所述第二运动导轨滑动；

所述第一反射镜和第二反射镜相互垂直，所述第二反射镜和第三反射镜相互水平，所述第一运动导轨与所述第二运动导轨平行；