[发明专利]一种谐振腔式高灵敏度纹影仪及其成像方法

说明书

本发明公开了一种谐振腔式高灵敏度纹影仪及其成像方法，其中，纹影仪包括成像装置和谐振腔，所述谐振腔内设置有测试区域；当所述成像装置发出的平行光进入所述谐振腔，所述平行光经所述测试区域扰动后发生偏折得到偏折光，所述偏折光从所述谐振腔传输出来后经所述成像装置进行纹影图像记录。本发明的目的在于提供一种谐振腔式高灵敏度纹影仪及其成像方法，使得光束在谐振腔内来回反射，使光束多次受到流场扰动，加大光线偏折角，从而提高纹影仪的灵敏度，满足低密度流场的测量。

技术领域

本发明涉及纹影仪技术领域，尤其涉及一种谐振腔式高灵敏度纹影仪及其成像方法。

背景技术

纹影仪是根据光线通过不同密度的气流而产生的角偏转来显示其折射率，是一种测量光线微小偏转角的装置。它将流场中密度梯度的变化转变为记录平面上相对光强的变化，使可压缩流场中的激波、压缩波等密度变化剧烈的区域成为可观察、可分辨的图像。

而在一些低密度气体流场和低密度等离子体流场检测中，现有的纹影检测技术灵敏度没法检测到这些低密度扰动现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种谐振腔式高灵敏度纹影仪及其成像方法，使得光束在谐振腔内来回反射，使光束多次受到流场扰动，加大光线偏折角，从而提高纹影仪的灵敏度，满足低密度流场的测量。

本发明通过下述技术方案实现：

一种谐振腔式高灵敏度纹影仪，包括成像装置和谐振腔，所述谐振腔内设置有测试区域；当所述成像装置发出的平行光进入所述谐振腔，所述平行光经所述测试区域扰动后发生偏折得到偏折光，所述偏折光从所述谐振腔传输出来后经所述成像装置进行纹影图像记录。

进一步地，所述成像装置包括光源、聚光镜、狭缝、分光镜、准直透镜、刀口、成像物镜以及相机，所述光源、所述聚光镜、所述狭缝、所述分光镜以及所述准直透镜从左至右依次设置，所述刀口、所述成像物镜以及所述相机从上至下依次设置于所述分光镜的下方；

所述光源发出的光束经所述聚光镜汇聚于所述狭缝处，然后经所述分光镜透射后传输至所述准直透镜，所述光束经所述准直透镜准直为平行光，所述平行光进入所述谐振腔经所述测试区域扰动后发生偏折得到偏折光，所述偏折光从所述谐振腔传输出来后经所述准直透镜传输至所述分光镜，所述偏折光经所述分光镜反射后，经所述刀口作用后穿过所述物镜达到所述相机进行纹影图像记录。

进一步地，所述谐振腔包括平面分光镜和平面反射镜，所述平面分光镜和所述平面反射镜从左至右依次设置在所述准直透镜的右侧，所述平面分光镜和所述平面反射镜之间设置有测试区域；

所述平行光穿过所述平面分光镜后，经所述测试区域扰动后，所述平行光发生偏折得到偏折光a，所述偏折光a传输至所述平面反射镜，所述偏折光a经所述平面反射镜反射后再次穿过所述测试区域，所述偏折光a经所述测试区域扰动后，所述偏折光a发生偏折得到偏折光b，所述偏折光b传输至所述平面分光镜，一部分所述偏折光b经所述平面分光镜透射出所述谐振腔；另一部分所述偏折光b经所述平面分光镜反射后留在所述谐振腔内。

进一步地，所述纹影仪的灵敏度由下式获取：

其中，S表示灵敏度，r₁表示平面分光镜的反射率，r₂表示平面反射镜的反射率，t_M表示测试区域的透射率。

在本方案中，偏折光每穿过一次测试区域，偏折角都会增大，每完整穿过一次谐振腔(光线从平面分光镜出发到回到平面分光镜)，导致灵敏度是原来一次扰动的4倍。相对于传统的纹影仪，本实施例提供的纹影仪可以在测试区域发生多次偏折，相机记录下通过多次扰动后输出的偏折光，从而提高纹影仪的灵敏度。

一种谐振腔式高灵敏度纹影仪成像方法，包括以下步骤：