高速流场光谱的参数无衍射激发装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开的高速流场光谱的参数无衍射激发装置，涉及到高速场中光谱超快激发方法的技术领域，解决高温高速流场中因其流速过快高能激光束因作用时间短，颗粒物未能吸收足够能量而无法实现原子跃迁而发射光谱，无法捕获到高速流场中颗粒物的光谱信息。采用三级无衍射光束生成器，一级进行对高能激发光束进行汇聚，为颗粒的光谱提供激发能量；二级与三级通过辅助激光束形成势差实现对颗粒物的空间约束，即使颗粒物在高速运行情况下，该激光束形成的无衍射空腔也能将颗粒物进行捕获。成的无衍射空腔也能将颗粒物进行捕获。成的无衍射空腔也能将颗粒物进行捕获。

【技术实现步骤摘要】
高速流场光谱的参数无衍射激发装置


[0001]本专利技术属于高温高速流场中颗粒物激光激发辨识颗粒物种类的
，尤其涉及一种高速流场光谱的参数无衍射激发装置。

技术介绍

[0002]随着现代科学技术的高速发展，在军事领域的研究中开始广泛采用光学分析的方法对高温高速流场的部分关键参数进行观测与分析。如美国、苏联等国家开展了导弹尾喷焰辐射特性研究，利用尾焰中的气体辐射实现对各种航空飞行器的光学侦察、监视与精准打击；针对脉冲爆轰发动机的非稳态燃烧场，通过光学非接触式测量法中的激光吸收光谱技术实现对燃烧场燃气温度、速度及多组分浓度的同步在线监测等。高温高速流场中光谱辐射特征的探测与识别已然成为了军事、国防等领域内的重要研究对象。
[0003]高温高速流场中的颗粒物种类参数辨识有助于为高空模拟环境下的故障诊断与溯源提供参考依据。高温高速流场中颗粒物参数监测技术主要采用光学测量和静电感应等原理进行检测，难以针对种类进行有效、精准、快速的辨识。因此探索一种基于光谱检测技术的方式对高温高速流场以及异常颗粒物进行定性分析显得尤为重要。
[0004]早期的故障诊断技术，如，进行机械性的周期维护，其存在着诸多问题，定期的维护造成了大量的人力和财力的浪费，而发动机通常在使用阶段会发生突发性故障，严重威胁了人类的生命安全。
[0005]因此在航空发动机在高速运转极限试车阶段，亟需有效、快速的检测分析方法对高温高速流场中可能出现的颗粒物种类进行光谱定性分析，为高空模拟环境下航空发动机早期的故障诊断提供理论指导依据。r/>
技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供一种道喉道面积的调节机构，解决高温高速流场中因其流速过快高能激光束因作用时间短，颗粒物未能吸收足够能量而无法实现原子跃迁而发射光谱，无法捕获到高速流场中颗粒物的光谱信息，从而不能辨识颗粒物的类型。
[0007]提供一种高速流场光谱的参数无衍射激发装置，对喷炎部所喷射的高温高速场(6)中的颗粒进行测试，飞行器出口在异常情况下会随机在高温高速场 (6)喷射出尺度较小的颗粒物(5)，喷射出的颗粒物(5)的尺度为微米至几十微米量级，且为低能级激发光谱，其包括朝向高温高速场(6)的方向且同轴的方式依次设置有第一激光器(1)、内凹无衍射光束扩展光学器件(2)、高能激光器(3)和三级无衍射光学器件(4)，其中：
[0008]所述内凹无衍射光束扩展光学器件(2)，包括轴对称的锥形内凹透镜，其镀有能够对第一激光器(1)高透射的光学薄膜，且内凹无衍射光束扩展光学器件(2)以高光能材质制成，能够承载第一激光器(1)的能量；所述内凹无衍射光束扩展光学器件(2)的夹角与三级无衍射光学器件(4)中的角度形成对应；
[0009]所述三级无衍射光学器件(4)包括轴对称的球面和两级外锥构成的截面透镜，所
述球面部分镀有能够对高能激光器(3)高透射的光学薄膜，且球面部分的曲率与所述三级无衍射光学器件(4)中的两级外锥部分的夹角形成对应关系，并且，所述两级外锥部分镀有能够对第一激光器(1)高透射的光学薄膜，其安装夹角与内凹无衍射光束扩展光学器件(2)中的角度及三级无衍射光学器件(4)球面部分的曲率半径形成对应；
[0010]所述的第一激光器(1)的波长与高能激光器(3)、三级无衍射光学器件 (4)和内凹无衍射光束扩展光学器件(2)中的结构参数形成对应关系，以确保在高温高速流场(6)中的指定区域形成捕获区间。
[0011]本专利技术的技术有益效果：
[0012]基于无衍射光束的无衍射保持特性，通过无衍射光学镜组对激光束形成势井能够约束颗粒物的原理，将高温高速流场中颗粒物进行捕获，并同时将微小颗粒物约束在空间特定区域，在专门的激光器聚焦激发下实现对该光谱的激发，实现对高速运动颗粒物的光谱激发，解决高温高速流场中颗粒物的种类辨识。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0014]图1是三级无衍射光学器件的结构示意图；
[0015]图2是内凹无衍射光束扩展光学器件的结构示意图；
[0016]图3是三级无衍射光学器件的工作原理示意图；
[0017]图4为本专利技术的结构示意图。
[0018]其中：
[0019]R0、R1、R2分别对应为第一级、第二级和第三级无衍射光学器件三级的对应的半径，θ2、θ1分别对应为其角度，z1、z3分别对应为第二级和第三级所覆盖的区域范围，z2为三级无衍射光学器件4的第一级焦距。
具体实施方式
[0020]下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
[0021]以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0022]要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例
来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
[0023]如图4所示的高速流场光谱的参数无衍射激发装置，对喷炎部所喷射的高温高速场6中的颗粒进行测试，飞行器出口在异常情况下会随机在高温高速场 6喷射出尺度较小的颗粒物5，喷射出的颗粒物5的尺度为微米至几十微米量级，且为低能级激发光谱，其包括朝向高温高速场6的方向且同轴的方式依次设置有第一激光器1、内凹无衍射光束扩展光学器件2、高能激光器3和三级无衍射光学器件4，其中：
[0024]所述内凹无衍射光束扩展光学器件2，包括轴对称的锥形内凹透镜，其镀有能够对第一激光器1高透射的光学薄膜，且内凹无衍射光束扩展光学器件2 以高光能材质制成，能够承载第一激光器1的能量；所述内凹无衍射光束扩展光学器件2的夹角与三级无衍射光学器件4中的角度形成对应；
[0025]所述三级无衍射光学器件4包括轴对称的球面和两级外锥构成的截面透镜，所述球面部分镀有能够对高能激光器3高透射的光学薄膜，且球面部分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速流场光谱的参数无衍射激发装置，对喷炎部所喷射的高温高速场(6)中的颗粒进行测试，飞行器出口在异常情况下会随机在高温高速场(6)喷射出尺度较小的颗粒物(5)，喷射出的颗粒物(5)的尺度为微米至几十微米量级，且为低能级激发光谱，其特征在于，包括朝向高温高速场(6)的方向且同轴的方式依次设置有第一激光器(1)、内凹无衍射光束扩展光学器件(2)、高能激光器(3)和三级无衍射光学器件(4)，其中：所述内凹无衍射光束扩展光学器件(2)，包括轴对称的锥形内凹透镜，其镀有能够对第一激光器(1)高透射的光学薄膜，且内凹无衍射光束扩展光学器件(2)以高光能材质制成，能够承载第一激光器(1)的能量；所述内凹无衍射光束扩展光学器件(2)的夹角与三级无衍射光学器件(4)中的角度形成对应；所述三级无衍射光学器件(4)包括轴对称的球面和两级外锥构成的截面透镜，所述球面部分镀有能够对高能激光器(3)高透射的光学薄膜，且球面部分的曲率与所述三级无衍射光学器件(4)中的两级外锥部分的夹角形成对应关系，并且，所述两级外锥部分镀有能够对第一激光器(1)高透射的光学薄膜，其安装夹角与内凹无衍射光束扩展光学器件(2)中的角度及三级无衍射光学器件(4)球面部分的曲率半径形成对应；所述的第一激光器(1)的波长与高能激光器(3)、三级无衍射光学器件(4)和内凹无衍射光束扩展光学器件(2)中的结构参数形成对应关系，以确保在高温高速流场(6)中的指定区域形成捕获区间。2.根据权利要求1所述的高速流场光谱的参数无衍射激发装置，其特征在于，所述高能激光器(3)的波长与所述第一激光器(1)、三级无衍射光学器件(4)和内凹无衍射光束扩展光学器件(2)中的结构参数形成对应关系，以确保在高温高速流场中的指定区域形成捕获区间。3.根据权利要求2所述的高速流场光谱的参数无衍射激发装置，其特征在于，第一激光器(1)发出激光束通过内凹无衍射光束扩展光学器件(2)形成轴对称圆环形激光束，且所述内凹无衍射光束扩展光学器件(2)的角度为η；第一激光器(1)发出激光束通过所述内凹无衍射光束扩展光学器件(2)形成轴对称圆环经过光程d后，照射在三级无衍射光学器件(4)的第二级和第三级的环带上，且在内凹无衍射光束扩展光学器件(2)上的两级对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋子军，赵涌，薛原，刘盾盾，张志宏，袁世辉，
申请(专利权)人：中国航发四川燃气涡轮研究院，
类型：发明
国别省市：