[发明专利]一种瞬态热流计双功能型校准装置及方法

说明书

本发明属于传感器校准领域，具体涉及一种瞬态热流计双功能型校准装置及方法。包括依次连接的设置在光学平台上的半导体激光器系统，光纤准直镜，变倍激光扩束镜，机械快门和热流计安装基座；热流计安装基座上安装有标准热流计和待校准热流计；半导体激光器系统具有连续、脉冲和单脉冲三种工作模式，配合机械快门，能够产生稳定的连续热流、脉冲热流和阶跃热流，实现热流计的灵敏度和上升时间的校准。本发明采用的半导体激光器具有连续、脉冲和单脉冲三种工作模式，配合机械快门，能够产生稳定的连续热流、脉冲热流和阶跃热流，能在同一装置上实现瞬态热流计静态特性校准和动态特性校准的校准。

技术领域

本发明属于传感器校准领域，具体涉及一种瞬态热流计双功能型校准装置及方法。

背景技术

瞬态热流计能够测量瞬时变化的热流密度，其主要用于国防军工等领域的科学研究。热流传感器作为热流计的一次敏感器件，其校准结果的准确性是决定热流计测量结果准确性的最关键因素，因此热流计在出厂前或使用一段时间后都要进行校准。瞬态热流计的校准主要是对其灵敏度和上升时间进行校准，灵敏度校准的方法有绝对法和比较法，上升时间校准属于动态校准，以往热流计校准设备不能同时实现瞬态热流计灵敏度和上升时间的校准。热流计灵敏度校准一般使用黑体炉、石英灯、高温石墨平板和连续激光器等，其上升时间校准一般利用脉冲激光器。

且现有的用于热流计校准的连续激光器产生的光斑范围不可调，且校准大量程瞬态热流计时，需要产生1MW/m²以上的热流，能够产生上述数量级的热流的连续激光器功率高、发热大，激光器的温度高，需要水冷系统对其进行冷却才能正常工作，且过高的温度降低了激光器的使用寿命。另外，现有的激光器的光路精度要求高，调整过程繁琐。

总之，现有技术中对瞬态热流计的灵敏度和上升时间的校准，分别采用能够产生连续稳定热流的热流设备和能够产生瞬态热流的热流设备，即需要静态和动态两种设备才能实现瞬态热流计的灵敏度和上升时间的校准，从而造成校准成本高、过程繁琐以及校准系统复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在同一装置上实现瞬态热流计静态特性校准(灵敏度和线性度等)和动态特性校准(上升时间)的校准装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种瞬态热流计双功能型校准装置，包括依次连接的设置在光学平台上的半导体激光器系统，光纤准直镜，变倍激光扩束镜，机械快门和热流计安装基座；

所述热流计安装基座上安装有标准热流计和待校准热流计；

所述半导体激光器系统具有连续、脉冲和单脉冲三种工作模式，配合机械快门，能够产生稳定的连续热流、脉冲热流和阶跃热流，实现热流计的灵敏度和上升时间的校准。

进一步的，所述热流计安装基座的侧前方设有用于监控光斑的工业摄像头，工业摄像头连接图像处理软件实现对光斑的可视化。

进一步的，所述变倍激光扩束镜，机械快门和热流计安装基座在光学平台上的位置和高度可调。

进一步的，所述变倍激光扩束镜具有2-6倍扩束能力，配合半导体激光器系统实现2kW/m²到2MW/m²范围内的热流密度可调。

进一步的，所述半导体激光器系统包括激光器机箱、光纤和光纤连接器。

进一步的，所述变倍激光扩束镜通过变倍激光扩束镜支撑件设置在光学平台上，所述变倍激光扩束镜支撑件包括第二底座和第二螺纹支柱；

所述变倍激光扩束镜通过底部的螺纹孔与第二螺纹支柱)连接，第二螺纹支柱与第二底座连接，第二底座可移动的安装在光学平台上，通过调整螺纹孔和第二螺纹支柱的连接实现变倍激光扩束镜的高度可调。

进一步的，所述光纤准直镜通过光纤准直镜支撑件设置在光学平台上，所述光纤准直镜支撑件包括第一底座，第一螺纹支柱，方形支撑和套筒；