[发明专利]一种用于辨识膨胀风洞加速段流动分区特性的光学探头

权利要求书

1.一种用于辨识膨胀风洞加速段流动分区特性的光学探头，其特征在于，所述的光学探头具有从外至内同中心轴线的三层结构，包括位于外层、从下至上顺序固定的探头罩（2）和顶杆螺栓（10），位于中层、从下至上顺序固定的探头夹具（5）、透镜压圈（6）、后端固定盖（8）和光纤接头（9），位于内层、从下至上顺序固定的柱形光学玻璃（3）和聚焦透镜（7）；

所述的探头罩（2）位于光学探头的下部，为轴对称的台阶圆柱壳体Ⅰ，下方圆柱Ⅰ的外径小于上方圆柱Ⅰ的外径，下方圆柱Ⅰ和上方圆柱Ⅰ之间采用圆锥面过渡，圆锥面外套装有锥形密封垫（4），探头罩（2）的下端开有通孔；探头罩（2）内腔为台阶圆柱腔体，下方圆柱腔体内径小于上方圆柱腔体内径，下方圆柱腔体内安装有柱形光学玻璃（3），柱形光学玻璃（3）的末端正对通孔，柱形光学玻璃（3）的顶端伸出下方圆柱腔体进入上方圆柱腔体内；

所述的探头夹具（5）为轴对称的台阶圆柱壳体Ⅱ，下方圆柱Ⅱ的外径小于上方圆柱Ⅱ的外径，下方圆柱Ⅱ的外径与探头罩（2）的上方圆柱腔体相匹配，下方圆柱Ⅱ开有与柱形光学玻璃（3）匹配的圆形凹槽Ⅰ，上方圆柱Ⅱ开有圆形凹槽Ⅱ，圆形凹槽Ⅰ的内径小于圆形凹槽Ⅱ的内径，圆形凹槽Ⅰ和圆形凹槽Ⅱ之间通过圆锥形内腔连通；探头夹具（5）通过柱面配合方式伸入探头罩（2）并压紧柱形光学玻璃（3）；

所述的透镜压圈（6）为水平固定在探头夹具（5）圆形凹槽Ⅱ内的圆环，聚焦透镜（7）的球形曲面向下安装在透镜压圈（6）上，聚焦透镜（7）的中心轴与柱形光学玻璃（3）的中心轴共线，透镜压圈（6）与聚焦透镜（7）接触面为圆弧接触面；

所述的后端固定盖（8）为轴对称的台阶圆柱壳体Ⅲ，下方圆柱Ⅲ的外径小于上方圆柱Ⅲ的外径，下方圆柱Ⅲ的外径与探头夹具（5）圆形凹槽Ⅱ相匹配，下方圆柱Ⅲ开有与聚焦透镜（7）匹配的圆形凹槽Ⅲ；后端固定盖（8）通过柱面配合的方式压紧聚焦透镜（7）；

所述的光纤接头（9）为法兰盘，通过穿过法兰盘的螺钉固定在后端固定盖（8）的上方，光纤穿过法兰盘的中心孔进入后端固定盖（8），正对聚焦透镜（7）；

所述的顶杆螺栓（10）为具有中心空腔的长螺栓，上部设置有外螺纹，下部为光滑柱面，下端顶紧探头罩（2）；

所述的光学探头还包括用于密封探头夹具（5）和柱形光学玻璃（3）接触面的柱形密封垫Ⅰ（11），用于密封探头夹具（5）和探头罩（2）接触面的柱形密封垫Ⅱ（12），用于密封柱形光学玻璃（3）和探头罩（2）接触面的柱形密封垫Ⅲ（13）；

后端固定盖（8）的长度满足聚焦透镜（7）与光纤接头（9）的距离匹配要求，光纤接头（9）的光纤接收端位于聚焦透镜（7）的焦点上；

柱形光学玻璃（3）的长度在满足风洞加速段管壁（1）开孔上进行安装和密封的要求基础上取最短长度。

2.根据权利要求1所述的用于辨识膨胀风洞加速段流动分区特性的光学探头，其特征在于，所述的柱形光学玻璃（3）的材质为MgF₂玻璃，高透射率波段覆盖200nm～5000nm。

3.根据权利要求1所述的用于辨识膨胀风洞加速段流动分区特性的光学探头，其特征在于，所述的聚焦透镜（7）的材质为MgF₂玻璃，高透射率波段覆盖200nm～5000nm。

4.根据权利要求1所述的用于辨识膨胀风洞加速段流动分区特性的光学探头，其特征在于，所述的探头罩（2）、探头夹具（5）的材质为45钢，透镜压圈（6）、后端固定盖（8）的材质为硬铝，顶杆螺栓（10）的材质为30CrMnSiA，光纤接头（9）采用市售通用产品。

5.根据权利要求1所述的用于辨识膨胀风洞加速段流动分区特性的光学探头，其特征在于，所述的锥形密封垫（4）、柱形密封垫Ⅰ（11）、柱形密封垫Ⅱ（12）和柱形密封垫Ⅲ（13）的材质为不锈钢或者紫铜。