[发明专利]用于风洞试验中拍摄流场结构的拍摄系统及试验系统

说明书

本发明提供了一种用于风洞试验中拍摄流场结构的拍摄系统及试验系统，包括用于向风洞试验段内输出激光脉冲以照明风洞试验段内的流场并使流场中的示踪粒子发出散射光的多腔激光器和用于利用散射光曝光成像以拍摄流场结构的拍摄装置，多腔激光器包括多个双腔激光器，多个双腔激光器分别输出不同波长的激光脉冲，拍摄装置包括多个跨帧相机，跨帧相机与双腔激光器一一对应设置，每个跨帧相机的输入端均设有用于通过特定波长的光的滤光组件，滤光组件所能通过的光的波长与对应的双腔激光器输出的激光脉冲的波长相同，拍摄系统还包括分别与多个双腔激光器和多个跨帧相机连接并用于分别控制双腔激光器的脉冲时序和跨帧相机的曝光时序的同步控制器。

技术领域

本发明涉及风洞试验技术领域，特别地，涉及一种用于风洞试验中拍摄流场结构的拍摄系统。此外，本发明还涉及一种包括上述拍摄系统的试验系统。

背景技术

超声速、高超声速风洞的流场结构复杂，特征时间短，脉动剧烈，非定常特性显著。对超声速、高超声速风洞的流场结构进行测量，需要在试验过程中拍摄多张流场结构的图像，且这些图像的时间间隔需要能够保证捕捉到流场结构随时间的演化特性，即相邻图像的时间间隔需要与流场结构的特征时间(百纳秒量级)在同一量级。

跨帧相机能够在很短的时间间隔(百纳秒量级)内连续曝光两次，可以拍摄时间间隔为百纳秒量级的两张图像，并且图像的分辨率可以达到2k*2k以上。但是，受到跨帧相机的硬件性能的限制，目前跨帧相机的第二帧图像的曝光时间为毫秒量级。如果直接将多个跨帧相机并联，通过同步控制器发出控制信号，经过一定的延时后(该延时是固有参数，可以通过测量得到)，使激光器输出激光脉冲，使跨帧相机进行曝光成像。

如图1所示，t表示该延时，a表示同步控制器发出控制信号的时序，b表示激光器输出激光脉冲的时序，c表示跨帧相机曝光成像的时序。由于激光器输出激光脉冲的时间间隔为百纳秒量级，远小于跨帧相机的第二帧图像的曝光时间。当激光器输出第三个激光脉冲时，第一个跨帧相机的第二帧图像仍然在曝光。这样就导致第一个跨帧相机的第二帧图像曝光期间有多个激光脉冲，导致第一个跨帧相机的第二帧图像过曝而无法使用，同理其余跨帧相机的第二帧图像也无法使用。

发明内容

本发明提供了一种用于风洞试验中拍摄流场结构的拍摄系统及试验系统，以解决风洞试验中跨帧相机的第二帧图像过曝而无法使用的问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供了一种用于风洞试验中拍摄流场结构的拍摄系统，包括用于向风洞试验段内输出激光脉冲以照明风洞试验段内的流场并使流场中的示踪粒子发出散射光的多腔激光器和用于利用散射光曝光成像以拍摄流场结构的拍摄装置，多腔激光器包括多个双腔激光器，多个双腔激光器分别输出不同波长的激光脉冲，拍摄装置包括多个跨帧相机，跨帧相机与双腔激光器一一对应设置，每个跨帧相机的输入端均设有用于通过特定波长的光的滤光组件，滤光组件所能通过的光的波长与对应的双腔激光器输出的激光脉冲的波长相同，拍摄系统还包括分别与多个双腔激光器和多个跨帧相机连接并用于分别控制双腔激光器的脉冲时序和跨帧相机的曝光时序的同步控制器。

进一步地，双腔激光器的输出端设有用于对双腔激光器输出的激光脉冲进行倍频和合束的倍频合束组件。

进一步地，倍频合束组件包括设置在双腔激光器的输出端并用于对双腔激光器输出的激光脉冲进行倍频的倍频晶体和设置在倍频晶体的输出端并用于对倍频晶体输出的激光脉冲进行合束的合束光路。

进一步地，合束光路的输出端设有用于对合束光路输出的激光脉冲进行整形的片光组件。

进一步地，拍摄装置还包括设置在滤光组件的输入端并用于将光分散至滤光组件的分光组件和设置在分光组件的输入端并用于将光聚集至分光组件的镜头。