[发明专利]一种高速瞬态纹影系统

权利要求书

1.一种高速瞬态纹影系统，其特征在于：包括由光源替代系统、马蹄镜Ⅰ、反射镜Ⅰ构成的准直光系统、由马蹄镜Ⅱ、反射镜Ⅱ、刀口、数据采集与记录替代系统构成的观视光系统以及同步控制系统；准直光系统与观视光系统离轴Z字对称布置，当风洞试验的流场建立后，同步控制系统发出控制信号控制光源替代系统以及数据采集与记录替代系统开始工作；光源替代系统将高频脉冲激光经过空间准直、消像散差后经过马蹄镜Ⅰ、反射镜Ⅰ后形成高频的脉冲平行光；脉冲平行光经过风洞的试验段模型流场后经反射镜Ⅱ、马蹄镜Ⅱ会聚到刀口，数据采集与记录替代系统采集经刀口切割后的瞬态密度梯度变化图像；所述的高频为高于试验段模型流场的拟序结构移动速度对应的频率，所述的脉冲带宽满足泰勒流场冻结假设要求；所述的光源替代系统包括双凹透镜组件（5）以及放置在平行导轨（6）上的高频脉冲激光器（1）、激光器对准组件（2）、双分离物镜（3）；高频脉冲激光器（1）发出高频脉冲可见光经激光器对准组件（2）对准双分离物镜（3）的光心，由双分离物镜（3）进行消像散差，之后通过双凹透镜组件（5）实现光束的扩散，达到最终光束经过马蹄镜Ⅰ充满反射镜Ⅰ的目的；高频脉冲激光器（1）为能量为35mJ或单脉冲 350mJ的YAG脉冲激光器。

2.根据权利要求1所述的纹影系统，其特征在于：还包括光束调整移动组件（4），通过光束调整移动组件（4）调节双分离物镜（3）、双凹透镜组件（5）的相对位置，以保证最终光束经过马蹄镜Ⅰ充满反射镜Ⅰ的目的。

3.根据权利要求1所述的纹影系统，其特征在于：双凹透镜组件（5）包括双凹透镜以及用于安装的支架，双凹透镜的虚焦点与双分离物镜（3）的焦点在一条水平线上，该水平线经过马蹄镜Ⅰ的顶点。

4.根据权利要求1所述的纹影系统，其特征在于：所述的数据采集与记录替代系统采用满足采集频率的CMOS相机组件，CMOS相机组件包括CMOS相机以及采集卡；在CMOS相机前增加伽利略系统，以防止实焦点的电离。

5.根据权利要求4所述的纹影系统，其特征在于：CMOS相机的采集频率高于试验段模型流场的拟序结构移动速度对应的频率。

6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的纹影系统，其特征在于：同步控制系统包括控制处理电路、可编程延时电路；当控制处理电路接收到外部输入的风洞吹风信号时，输出两路具有同频率的方波时序信号至可编程延时电路，可编程延时电路对两路方波时序信号进行延时匹配处理后一路发送至光源替代系统，另一路发送至数据采集与记录替代系统；光源替代系统、数据采集与记录替代系统根据接收的方波时序信号触发；上述延时匹配处理使得光源替代系统产生的脉冲激光落在数据采集与记录替代系统中CMOS相机的曝光时间内。

7.根据权利要求6所述的纹影系统，其特征在于：光源替代系统、数据采集与记录替代系统根据接收的方波时序信号触发的响应时间不大于1us。

8.根据权利要求6所述的纹影系统，其特征在于：光源替代系统、数据采集与记录替代系统由接收的方波时序信号的上升沿触发，光源替代系统中的高频脉冲激光器的外触发上升沿比数据采集与记录替代系统中的CMOS相机的外触发上升沿要延迟2-8微秒的时间。

9.根据权利要求6所述的纹影系统，其特征在于：方波时序信号的频率高于百万Hz。