一种低温风洞试验段露点测量测试的光路系统技术方案

本发明专利技术公开了露点测量领域的一种低温风洞试验段露点测量测试的光路系统，包括分别安装在风洞试验段的两端侧壁上的光学发射单元与光学反射单元，光学发射单元与光学反射单元内均安装有温度调节装置，并均充斥有纯化的惰性气体；光学发射单元包括第一探测器、第二探测器、离轴抛物面镜、多个发射端反射镜以及激光器，光学反射单元包括空心角锥回射镜以及多个反射端反射镜；激光器发射的光束一部分作为测量光束，另一部分作为参考光束；本发明专利技术可以减除测量光束在光学发生单元内的水汽吸收，即消弱了试验段以外气氛对试验段露点测量的影响。响。响。

【技术实现步骤摘要】
一种低温风洞试验段露点测量测试的光路系统


[0001]本专利技术涉及露点测量领域，具体是一种低温风洞试验段露点测量测试的光路系统。

技术介绍

[0002]低温高雷诺数风洞是进行大型飞机、先进战机和往返大气层航天飞行器研制过程中进行复杂粘性流场性能研究必不可少的设备。与常温风洞不同，低温风洞运行介质为低温，从而对风洞中水蒸汽浓度控制提出了严格要求，以避免水汽在测试模型表面结霜/结冰，影响风洞模型试验测试精度。为此，在低温跨声速风洞降温前的清洗干燥过程中，需将水汽降低到足够低的水平。露点，也称为露点温度，是气体中水汽在保持压力不变的条件下、降温到凝结成露或结霜时的温度。它可用于表征气体中水汽含量。根据低温风洞设计需求，在低温风洞清洗和降温过程中需对气体露点进行在线监测，露点测量范围为
‑
100℃~20℃，其中，
‑
100℃~
‑
80℃露点范围，测量误差小于
±
2℃，
‑
80℃~20℃露点范围，测量误差小于
±
1℃。
[0003]当前，风洞露点测量主要采用冷镜式露点仪进行气体抽取式测量。抽取式露点测量中，露点测量结果会受到管路对水汽的吸脱附效应影响，造成测量结果的误差，甚至错误。冷镜式露点仪镜面还容易受到污染，影响测量精度，并且，冷镜式露点仪在极低露点条件下测量响应时间较长（例如，露点温度低于
‑
80℃、响应时间达到10分钟左右）。
[0004]采用TDLAS技术，可以实现低温风洞试验段露点原位测量，提升露点测量的效率、缩短测量时间。因为TDLAS测量，需要在风洞试验段构成测试光路，如何在有效的空间，布局光路系统，并有效抑制风洞试验过程中对测量系统的干扰，是光路系统设计必须要解决的难点问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种低温风洞试验段露点测量测试的光路系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种低温风洞试验段露点测量测试的光路系统，包括分别安装在风洞试验段的两端侧壁上的光学发射单元与光学反射单元，光学发射单元与光学反射单元内均安装有温度调节装置，并均充斥有纯化的惰性气体；所述光学发射单元包括第一探测器、第二探测器、离轴抛物面镜、多个发射端反射镜以及激光器，所述光学反射单元包括空心角锥回射镜以及多个反射端反射镜；所述激光器发射的光束一部分作为测量光束，另一部分作为参考光束；所述离轴抛物面镜、空心角锥回射镜、反射端反射镜以及部分发射端反射镜构成测量光束的第一反射路径，其他发射端反射镜构成参考光束的第二反射路径；所述测量光束经过第一反射路径后通过第二探测器接收，所述参考光束经过第二反射路径后通过所述第一探测器接收，所述测量光束在光学发射单元、光学反射单元内的光程与参考光束的光程为比
例关系，两者误差范围为
±
5%以内。
[0007]优选的，所述激光器包括发出不同波长光束的至少两个激光器。
[0008]优选的，所述激光器包括第一激光器、第二激光器及第三激光器，其中第一激光器发出的光束波段为2626nm，第二激光器发出的光束波段为650nm，第三激光器发出的光束波段为1383nm。
[0009]优选的，第一激光器发出的2626nm光束波段与650nm光束波段、1383nm光束波段构成参考光束、测量光束的光强比例为1∶9。
[0010]优选的，用于测量光束的发射端反射镜设有两个，两个发射端反射镜与所述离轴抛物面镜呈“品”字型排布。
[0011]优选的，光学反射单元中的反射端反射镜设有两个，两个反射端反射镜与空心角锥回射镜呈“品”字型排布。
[0012]优选的，用于测量光束用的发射端反射镜、反射端反射镜、离轴抛物面镜及空心角锥回射镜均选用口径为2英寸的光学器件。
[0013]优选的，所述光学发射单元安装在第一防护壳体内部，所述光学反射单元安装在第二防护壳体内部，第一防护壳体与第二防护壳体分别以倾斜角安装在风洞试验段的两端侧壁上，所述第一防护壳体与第二防护壳体的轴线重合。
[0014]优选的，所述发射光学单元还包括波分复用器、准直器、光隔离器，所述第一激光器发射的光束通过所述光隔离器出射，所述第二激光器、第三激光器发出的光束通过所述波分复用器合束，并由准直器准直后出射，所述光学发射单元还包括激光分束合成镜，多个激光器发出的光束通过激光分束合成镜合束。
[0015]优选的，所述光学反射单元还包括压电电控调整单元，所述反射端反射镜均与所述压电电控调整单元连接固定。
[0016]有益效果：本专利技术可在对光学发射单元、光学反射单元内部进行温度控制和干燥的基础上，通过将参考光束的光程与测量光束在两单元内的光程抵消，从而减除测量光束在光学发生单元内的水汽吸收，即消弱了试验段以外气氛对试验段露点测量的影响，尤其适合低温风洞中露点的测量。
附图说明
[0017]图1为风洞的示意图；图2为本专利技术整体安装在风洞中时的示意图；图3为本专利技术的整体结构框图；图4为本专利技术光学发射单元发出的测量光束多次反射的前进路径图；图5为本专利技术光学发射单元发出的测量光束多次反射的返回路径图；图6为本专利技术光学发射单元某一角度的结构示意图；图7为本专利技术光学发射单元另一角度的结构示意图；图8为本专利技术光学反射单元某一角度的结构示意图。
[0018]图中：100
‑
光学发射单元；101
‑
第一防护壳体；102
‑
第一光窗；103
‑
第一激光器；104
‑
光隔离器；105
‑
第二激
光器；106
‑
第三激光器；107
‑
波分复用器；108
‑
准直器；109
‑
激光分束合成镜；110
‑
第一发射端反射镜；111
‑
第二发射端反射镜；112
‑
第三发射端反射镜；113
‑
第一探测器；114
‑
第四发射端反射镜；115
‑
第五发射端反射镜；116
‑
离轴抛物面镜；117
‑
第二探测器；200
‑
光学反射单元；201
‑
第二防护壳体；202
‑
第二光窗；203
‑
第一反射端反射镜；204
‑
第二反射端反射镜；205
‑
空心角锥回射镜；206
‑
压电电控调整单元；300
‑
侧壁；400
‑
测量光束；401~405
‑
光路前进路径；406~410
‑
光路返回路径；500
‑
气体介质；600
‑
倾斜角。
具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温风洞试验段露点测量测试的光路系统，其特征在于，包括分别安装在风洞试验段的两端侧壁（300）上的光学发射单元（100）与光学反射单元（200），光学发射单元（100）与光学反射单元（200）内均安装有温度调节装置，并均充斥有纯化的惰性气体；所述光学发射单元（100）包括第一探测器（113）、第二探测器（117）、离轴抛物面镜（116）、多个发射端反射镜以及激光器，所述光学反射单元（200）包括空心角锥回射镜（205）以及多个反射端反射镜；所述激光器发射的光束一部分作为测量光束（400），另一部分作为参考光束；所述离轴抛物面镜（116）、空心角锥回射镜（205）、反射端反射镜以及一些发射端反射镜构成测量光束（400）的第一反射路径，其他发射端反射镜构成参考光束的第二反射路径；所述测量光束（400）经过第一反射路径后通过第二探测器（117）接收，所述参考光束经过第二反射路径后通过所述第一探测器（113）接收；所述测量光束（400）在光学发射单元（100）、光学反射单元（200）内的光程与参考光束的光程为比例关系，两者误差范围为
±
5%以内。2.根据权利要求1所述的一种低温风洞试验段露点测量测试的光路系统，其特征在于，所述激光器包括发出不同波长光束的至少两个激光器。3.根据权利要求2所述的一种低温风洞试验段露点测量测试的光路系统，其特征在于，所述激光器包括第一激光器（103）、第二激光器（105）及第三激光器（106），其中第一激光器（103）发出的光束波段为2626nm，第二激光器（105）发出的光束波段为650nm，第三激光器（106）发出的光束波段为1383nm。4.根据权利要求3所述的一种低温风洞试验段露点测量测试的光路系统，其特征在于，第一激光器（103）发出的2626nm光束波段与650nm光束波段、1383nm光束波段构成参考光束、测量光束（400）的光强比例为1∶9。5.根据权利要求1所述的一种低温风洞试验段...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮俊，许振宇，王斌，姚路，盖文，阚瑞峰，夏晖晖，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：