[发明专利]一种采用双波长激光测量电爆炸温度分布的装置与方法

权利要求书

1.一种采用双波长激光测量电爆炸温度分布装置，其特征是，至少包括：第一激光器(1)、第二激光器(2)、合束镜(3)、第一反射镜(4)、光学扩束系统(5)、光束会聚单元(6)、分束镜(7)、第二反射镜(8)、第一滤光片(9)、第二滤光片(10)、第一光学阵列传感器(11)、第二光学阵列传感器(12)、爆炸信号采集模块(13)和控制模块(14)；第一激光器(1)和第二激光器(2)分别发出波长为λ1和λ2的激光光束，波长为λ1和λ2的激光光束分别进入合束镜(3)与第一反射镜(4)入射光学面，波长为λ2的激光光束经第一反射镜(4)反射至合束镜(3)的反射输出面；波长为λ1的激光光束经合束镜(3)后折射输出，波长为λ1的折射输出光与波长为λ2的反射输出光合为一束光后进入光学扩束系统(5)，由光学扩束系统(5)扩束后通过爆炸体(15)，再由爆炸体(15)输出进入光束会聚单元(6)，经光束会聚单元(6)对光束进行会聚，会聚后的输出光重新经分束镜(7)和第二反射镜(8)分成两束平行光，两束平行光再经第一滤光片(9)和第二滤光片(10)滤波，分别滤出波长为λ1和λ2的激光光束，并分别进入第一光学阵列传感器(11)和第二光学阵列传感器(12)的检测面；第一激光器(1)和第二激光器(2)及第一光学阵列传感器(11)和第二光学阵列传感器(12)分别与爆炸信号采集模块(13)电连接，爆炸信号采集模块(13)和控制模块(14)电连接，爆炸信号采集模块(13)采集电爆炸的起始信号；控制模块(14)对起始信号经过一定的延时后，触发第一激光器(1)、第二激光器(2)和第一光学阵列传感器(11)、第二光学阵列传感器(12)同步工作，控制模块(14)对起始信号进行不同时段延时，记为Δτ₁，Δτ₂，…，Δτ_N，控制模块(14)存储Δτ₁，Δτ₂，…，Δτ_N延时数据，第一光学阵列传感器(11)和第二光学阵列传感器(12)曝光后，分别记录下两个波长的灰度图像矩阵，将两个灰度图像矩阵进行数据处理，消除爆炸体中散射效应的影响，再结合吸收系数与波长和温度的关系，获得温度分布数据，通过调整触发信号的延时，可以测得不同时刻的温度分布，从而获得高时空分辨的温度数据。

2.根据权利要求1所述的一种采用双波长激光测量电爆炸温度分布装置，其特征是：所述的第一激光器(1)、第二激光器(2)是脉冲宽度在纳秒量级激光器。

3.根据权利要求1所述的一种采用双波长激光测量电爆炸温度分布装置，其特征是：所述的第一激光器(1)和第二激光器(2)的波长分别记为λ1和λ2，λ1和λ2相差10-20nm。

4.根据权利要求1所述的一种采用双波长激光测量电爆炸温度分布装置，其特征是：所述的第一反射镜(4)对波长λ2全反射，第一反射镜(4)和合束镜(3)将第一激光器(1)和第二激光器(2)发出的激光合为一束。

5.根据权利要求1所述的一种采用双波长激光测量电爆炸温度分布装置，其特征是：所述的光学扩束系统(5)用于对第一激光器(1)和第二激光器(2)发出的光束进行扩束，扩束后的光束宽度与爆炸体的分布范围一致。

6.根据权利要求1所述的一种采用双波长激光测量电爆炸温度分布装置的测量电爆炸温度分布方法，其特征是：爆炸体(15)爆炸后，爆炸信号采集模块(13)采集爆炸起始信号，快门控制模块(14)对起始信号延时Δτ₁后，给第一激光器(1)、第二激光器(2)发送触发信号，给第一光学阵列传感器(11)、第二光学阵列传感器(12)发送快门触发信号，第一激光器(1)、第二激光器(2)发出的光束经合束、扩束后进入爆炸体，经爆炸体散射、吸收后的透射光被光束会聚单元(6)会聚，会聚后的光束经分束后，分别经第一滤光片(9)和第二滤光片(10)滤光后，进入第一光学阵列传感器(11)和第二光学阵列传感器(12)的检测面；第一光学阵列传感器(11)和第二光学阵列传感器(12)分别记录了透射光中波长λ1和λ₂的光强分布，设记录到的波长为λ₁的光强矩阵为波长为λ₂的光强矩阵为略去延时标记，存在爆炸体时，将某个延时不同时间下记录的波长为λ₁的光强矩阵记为I₁(i,j)；波长为λ₂的光强矩阵记为I₂(i,j)，则如下公式成立：

其中σ为散射系数，α为吸收系数；由于λ₁、λ₂相差不大，可近似认为散射系数相等，两式相除，消掉散射系数σ，有：

即

结合吸收系数与波长、温度的关系，可求得各像素对应的温度T(i,j)；结合第一光学阵列传感器(11)、第二光学阵列传感器(12)的像素尺寸参数和光学系统的放大率参数，对T(i,j)进行空间位置映射，可得爆炸体温度分布T(x,y)。