[发明专利]一种基于光子时域滤波技术的喷注雾化全场测量装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于光子时域滤波技术的喷注雾化全场测量装置及方法，所述装置由飞秒激光器、分束镜、起偏器、可变矩形光阑、扩束系统、目标喷注器、第一凸透镜、光克尔介质、检偏器、第二凸透镜、透过率及其空间分布结构可变的衰减器、ICOMS相机、半波片、光路延时器、第一反射镜、第二反射镜、光束收集器、时序控制系统和计算机构成。本发明利用光克尔效应将弹道光子选择出来成像，进而获得清晰的喷雾场结构图；利用可变矩形光阑和扩束系统，将光束整形为长宽比可变的矩形光斑，有效覆盖全部喷雾场；应用透过率及其空间分布结构可变的衰减器，使得到达ICMOS相机的近场区和其它区域的弹道光子数密度相当，从而同时获得清晰的喷雾场全场图像。

主权项

一种基于光子时域滤波技术的喷注雾化全场测量装置，其特征在于所述装置由飞秒激光器、分束镜、起偏器、可变矩形光阑、扩束系统、目标喷注器、第一凸透镜、光克尔介质、检偏器、第二凸透镜、透过率及其空间分布结构可变的衰减器、ICOMS相机、半波片、光路延时器、第一反射镜、第二反射镜、光束收集器、时序控制系统和计算机构成，时序控制系统控制飞秒激光器和ICOMS相机，计算机控制ICMOS相机采集存储图像数据和控制光路延时器，飞秒激光器输出的飞秒激光经分束镜分为两束，分别作为成像光束和门控光束，门控光束依次通过半波片、光路延时器、第一反射镜、第二反射镜和光克尔介质，最后到达光束收集器，成像光束依次通过起偏器、可变矩形光阑、扩束系统、目标喷注器、第一凸透镜、光克尔介质、检偏器、第二凸透镜、透过率及其空间分布结构可变的衰减器，最后达到ICOMS相机；所述扩束系统的扩束率为1~10；所述第一凸透镜和第二凸透镜组成缩束系统，缩束率为0.1~1；所述飞秒激光器输出激光能量为05~2mJ，重频为0.1~10kHz，输出激光中心波长为800nm，脉宽为40~100fs，输出激光为线偏正光；所述，ICOMS相机为像增强型COMS相机，帧频为0.1~10kHz，分辨率大于256×256，采集门宽小于20ns；所述可变矩形光阑由四片黑色薄铁片组成， 横向和纵向各两片，每片铁片能沿光阑中轴线独立自由移动，长度和宽度变化范围为1~10mm，长宽比变化范围为1~10；所述目标喷注器为各种发动机的喷注器或模拟喷注器；所述起偏器与检偏器偏正方向垂直；所述光路延时器用于调节成像光束和门控光束的延时，调节范围1~1000皮秒，调节精度为0.1皮秒；所述透过率及其空间分布结构可变的衰减器由多组透过率不同的衰减片组成，在近场区B，透过率大于0.9，衰减片为梯形，上底边长为1~5mm，下底边长为1~10mm，高为1~20mm； 在喷雾场外区域A，透过率为10‑2～10‑5，由两片等面积的梯形衰减片组成，上底边长为22‑25mm，下底边长为1~25mm，高度为50mm；在二次雾化区C，透过率为10‑1～10‑4，衰减片为梯形，上底边长为1~10mm，下底边长为1~30mm，高度为1~20mm；在蒸发区D，透过率为A区的1.2倍，衰减片为梯形，上底边长为1~30mm，下底边长为1~50mm，高度为1~40mm。