The present invention relates to a quantitative measurement system and method of refractive index field based on phase calibration. The system includes a light source and focus lens, aperture, collimation lens, detection area, imaging lens, knife edge and detector arranged in sequence behind the light source. The detection area is used for placing standard phase control elements in the calibration time, and the standard phase control elements are replaced by the ones to be measured in the measurement time. The field is located in the detection area; the control unit is also used to control the detector and the standard phase control element; the control unit is used to control the refractive index gradient of the standard phase control element at different positions, and to control the detector record, so as to obtain the response relationship of the system to the deflection angle of different positions and sizes on the detector; and the control unit is used to control the standard phase control element at the time of calibration. The detector is controlled to detect the field to be measured and the refractive index distribution of the field to be measured is obtained according to the response relationship. The invention can reduce measurement error and realize accurate and quantitative measurement of refractive index field.
【技术实现步骤摘要】
一种基于相位标定的折射率场定量测量系统与方法
本专利技术涉及探测流体折射率场分布的纹影光学成像
,更具体地,涉及一种基于相位标定的折射率场定量测量系统与方法。
技术介绍
纹影技术最早由德国物理学家AugustToepler提出并使用,经过不断的改进与发展,现已发展出黑白纹影、彩色纹影、干涉纹影等多种纹影成像技术。纹影技术可用于观测待测场的折射率分布,并由流体折射率与密度、压强、温度、化学成分等其他性质之间的关系,得到相应物理量的分布场信息,在声学研究、风洞实验、燃烧实验以及弹道学研究中具有广泛的应用。在上述各种纹影技术中,都会由于系统存在像差、光源存在非均匀性以及光路受到扰动等原因,使所成的像存在一定的误差,进而导致计算所得的折射率产生误差。出现的误差主要有两方面:在待测场不同位置出现的相同的折射率变化所产生的响应不同;在待测场固定位置出现的不同强度的折射率变化,由于系统“过载”、光学元件口径有限等原因,产生的响应偏离理论中的线性关系。总之,由于多种因素影响,实际情况下纹影成像系统对于折射率梯度并非理论上的线性空间不变系统,不同位置对相同折射率梯度的响应不同,而即使同一位置对折射率梯度的响应也会偏离线性关系。要解决上述的成像误差问题,需要使用标准元件对系统进行标定,得出不同的折射率变化与系统在图像中响应之间实际的对应关系,进而提高探测的准确性。干涉法是较为严格的测量方法,常用于需要定量分析的纹影系统中,但干涉法需要使用激光作为光源,普通的非相干光无法使用。彩色纹影利用不同颜色显示折射率梯度,需要使用白光光源,要求光源光谱较宽。上述两种方法都对光源有严 ...
【技术保护点】
1.一种基于相位标定的折射率场定量测量系统,其特征在于,包括光源(1)及在光源(1)后方依次设置的聚焦透镜(2)、小孔光阑(3)、准直透镜(4)、探测区域(5)、成像透镜(6)、刀口(7)和探测器(8),在标定时探测区域(5)用于放置标准相位调控元件,在测量时将标准相位调控元件换为待测场放置于探测区域(5);光源(1)发出的光经聚焦透镜(2)汇聚于小孔光阑(3)处,再经准直透镜(4)变为平行光,最后经探测区域(5)后由成像透镜(6)出射的光经刀口(7)切割后在探测器(8)探测面上成像;还包括用于控制探测器(8)及标准相位调控元件的控制单元(9);在标定时控制单元(9)控制标准相位调控元件在不同位置产生不同强度的折射率梯度,并控制探测器(8)记录,以获取该系统对不同位置、不同大小的偏折角在探测器(8)上产生的响应关系;在测量时控制探测器(8)探测待测场,并根据所述响应关系以获取待测场的折射率分布。
【技术特征摘要】
1.一种基于相位标定的折射率场定量测量系统,其特征在于,包括光源(1)及在光源(1)后方依次设置的聚焦透镜(2)、小孔光阑(3)、准直透镜(4)、探测区域(5)、成像透镜(6)、刀口(7)和探测器(8),在标定时探测区域(5)用于放置标准相位调控元件,在测量时将标准相位调控元件换为待测场放置于探测区域(5);光源(1)发出的光经聚焦透镜(2)汇聚于小孔光阑(3)处,再经准直透镜(4)变为平行光,最后经探测区域(5)后由成像透镜(6)出射的光经刀口(7)切割后在探测器(8)探测面上成像;还包括用于控制探测器(8)及标准相位调控元件的控制单元(9);在标定时控制单元(9)控制标准相位调控元件在不同位置产生不同强度的折射率梯度,并控制探测器(8)记录,以获取该系统对不同位置、不同大小的偏折角在探测器(8)上产生的响应关系;在测量时控制探测器(8)探测待测场,并根据所述响应关系以获取待测场的折射率分布。2.根据权利要求1所述的一种基于相位标定的折射率场定量测量系统,其特征在于,所述光源(1)为激光光源或非相干光。3.根据权利要求2所述的一种基于相位标定的折射率场定量测量系统,其特征在于,所述光源(1)为单模稳频激光、白光或准单色光。4.根据权利要求1所述的一种基于相位标定的折射率场定量测量系统,其特征在于,所述小孔光阑(3)包括用于调节光阑大小的光阑元件。5.根据权利要求1所述的一种基于相位标定的折射率场定量测量系统,其特征在于,标准相位调控元件为能相位调制的空间光调制器或相位分布固定不变的标准元件。6.根据权利要求1所述的一种基于相位标定的折射率场定量测量系统,其特征在于,从成像透镜(6)出射的光为彩色时,刀口(7)为滤光片。7.根据权利要求1所述的一种基于相位标定的折射率场定量测量系统,其特征在于,探测器(8)...
【专利技术属性】
技术研发人员:王嘉辉,汤国靖,欧阳昕,杨萍,罗万嵩,
申请(专利权)人:中山大学,
类型:发明
国别省市:广东,44
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