一種激光誘導(dǎo)熒光三維流體探測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種激光誘導(dǎo)熒光三維流體探測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]流體力學(xué)是研宄流體(包括液體和氣體)的力學(xué)運(yùn)動規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科，流體力學(xué)中主要涉及的流場包括標(biāo)量場和矢量場。常見的標(biāo)量場包括溫度場和濃度場等，常見的矢量場有速度場等。流動測量又是研宄流體力學(xué)中流場的重要手段。很多重要的流動現(xiàn)象，比如:激波、邊界層、壁面猝發(fā)以及大渦結(jié)構(gòu)等都是通過流動測量來發(fā)現(xiàn)的。對于流動測量，主要包括接觸式測量和非接觸式測量。與接觸式測量相比，非接觸式測量不會對原流場產(chǎn)生擾動，是精細(xì)流動測量尤其是湍流測量的重要手段。
[0003]激光誘導(dǎo)焚光(Laser-1nduced Fluorescence，LIF)技術(shù)是目前常用的一種非接觸式的流動測量技術(shù)。激光照射到被探測的流體上，當(dāng)激光光子的能量等于被探測的流體中某種組分的分子中兩個(gè)特定能級之間的能量差時(shí)，該分子會吸收激光光子的能量躍迀至高能態(tài)。躍迀到高能態(tài)的分子不穩(wěn)定，會很快從高能態(tài)返回基態(tài)。分子從高能態(tài)返回基態(tài)的過程中，會產(chǎn)生自發(fā)輻射釋放能量產(chǎn)生熒光。利用圖像采集設(shè)備記錄隨被探測的流體一起流動的熒光物質(zhì)的熒光，可以實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜流場的可視化。LIF主要應(yīng)用于水體流場的流動測量，當(dāng)然也可以應(yīng)用于氣體以及等離子體等流場的流動測量。
[0004]目前，激光誘導(dǎo)熒光探測主要采用PLIF技術(shù)，利用傳統(tǒng)線性激光器作為光源，TEMtltl模式下輸出的激光為高斯分布激光，通過半圓柱透鏡獲得扇形片光源，難以實(shí)現(xiàn)高精度三維流動測量。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題在于提供一種激光誘導(dǎo)熒光三維流體探測系統(tǒng)，對片狀光激光器輸出片狀激光擴(kuò)束和準(zhǔn)直后獲得所需寬度的片狀探測光，利用掃描設(shè)備控制片狀探測光對探測區(qū)域中的探測樣品進(jìn)行掃描，解決了現(xiàn)有技術(shù)中無法實(shí)現(xiàn)高精度三維流動測量的問題。
[0006]為此，本實(shí)用新型解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是:
[0007]一種激光誘導(dǎo)熒光三維流體探測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0008]片狀光激光器，透鏡組，掃描設(shè)備，圖像采集設(shè)備以及圖像處理設(shè)備；
[0009]所述片狀光激光器包括多點(diǎn)式半導(dǎo)體激光器LD bar條，耦合鏡以及諧振腔，所述諧振腔中設(shè)置有倍頻晶體；
[0010]所述多點(diǎn)式LD bar條作為所述片狀光激光器的泵浦光源，輸出片狀的泵浦光；所述耦合鏡將所述片狀的泵浦光耦合至所述諧振腔；所述片狀的泵浦光經(jīng)過所述諧振腔進(jìn)行放大和倍頻后輸出片狀激光；
[0011]所述透鏡組對所述片狀激光進(jìn)行擴(kuò)束和準(zhǔn)直后得到片狀探測光，將所述片狀探測光輸出至所述掃描設(shè)備；
[0012]所述掃描設(shè)備將所述片狀探測光反射至流動樣品探測區(qū)域，并且在垂直于所述片狀探測光入射至探測區(qū)域的方向上，控制所述片狀探測光在按照預(yù)設(shè)的速度對所述探測區(qū)域的流動樣品進(jìn)行掃描；
[0013]所述圖像采集設(shè)備采集所述片狀探測光照射所述探測區(qū)域的流動樣品所得的多幅二維熒光圖像；
[0014]所述圖像處理設(shè)備對多幅所述二維熒光圖像進(jìn)行三維重建獲得所述探測區(qū)域的流動樣品的三維探測結(jié)果。
[0015]可選的，所述片狀光激光器還包括:
[0016]整形器件，所述整形器件設(shè)置在所述多點(diǎn)式LD bar條以及所述耦合鏡之間；
[0017]所述整形器件接收所述多點(diǎn)式LD bar條輸出的片狀的泵浦光，對所述片狀的泵浦光進(jìn)行整形，向所述耦合鏡輸出光強(qiáng)均勻化的片狀泵浦光。
[0018]可選的，所述透鏡組包括:
[0019]多個(gè)球面鏡組成的第一子透鏡組和多個(gè)柱面鏡組成的第二子透鏡組；
[0020]所述第一子透鏡組對所述片狀激光進(jìn)行5倍擴(kuò)束；
[0021]所述第二子透鏡組對所述片狀激光的子午方向?qū)崿F(xiàn)10倍擴(kuò)束。
[0022]可選的，所述掃描設(shè)備包括:
[0023]三個(gè)反射鏡，兩個(gè)運(yùn)動導(dǎo)軌，與兩個(gè)運(yùn)動導(dǎo)軌分別匹配的滑塊以及兩個(gè)驅(qū)動電機(jī)；
[0024]所述第一反射鏡和第二反射鏡固定安裝在所述第一滑塊上，所述第一滑塊滑動安裝在所述第一運(yùn)動導(dǎo)軌上，所述第一滑塊能夠在第一驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動下沿所述第一運(yùn)動導(dǎo)軌滑動；
[0025]所述第三反射鏡固定安裝在所述第二滑塊上，所述第二滑塊滑動安裝在所述第二運(yùn)動導(dǎo)軌上，所述第二滑塊能夠在第二驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動下沿所述第二運(yùn)動導(dǎo)軌滑動；
[0026]所述第一反射鏡和第二反射鏡相互垂直，所述第二反射鏡和第三反射鏡相互水平，所述第一運(yùn)動導(dǎo)軌與所述第二運(yùn)動導(dǎo)軌平行；
[0027]片狀探測光入射至所述第一反射鏡后，所述第一反射鏡將所述片狀探測光反射至所述第二反射鏡，所述第二反射鏡將所述片狀探測光反射至所述第三反射鏡，所述第三反射鏡將所述片狀探測光反射至所述探測區(qū)域；
[0028]在第二驅(qū)動電機(jī)以及第一驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動下，所述第二滑塊和所述第一滑塊同步移動，并且所述第一滑塊的移動速度是所述第二滑塊的1/2，以使得所述片狀探測光達(dá)到探測區(qū)域的光程相同，以便控制所述片狀探測光按照預(yù)設(shè)的速度和方向?qū)λ鎏綔y區(qū)域的流動樣品進(jìn)行照射。
[0029]可選的，所述圖像處理設(shè)備包括:
[0030]計(jì)算機(jī)，圖像存儲器，控制器以及電源；
[0031]所述計(jì)算機(jī)用于對多幅所述二維熒光圖像進(jìn)行三維重建獲得所述探測區(qū)域的流動樣品的三維探測結(jié)果；
[0032]所述圖像存儲器用于存儲多幅所述二維熒光圖像；
[0033]所述控制器用于控制所述掃描設(shè)備與所述圖像采集設(shè)備實(shí)現(xiàn)探測和圖像采集同步；
[0034]所述電源給所述系統(tǒng)中的設(shè)備提供電能。
[0035]可選的，所述圖像采集系統(tǒng)包括:
[0036]互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS高速相機(jī)或電荷耦合元CCD高速相機(jī)，所述高速相機(jī)固定于第三滑塊，在探測過程中，所述第三滑塊與所述第二滑塊以相同速度和方向同步移動，以保障所采集的二維熒光圖像景深不變。
[0037]可選的，所述片狀光激光器輸出片狀激光的波長包括:
[0038]473nm 或 532nm。
[0039]可選的，
[0040]所述片狀探測光的寬度為0.5m。
[0041]通過上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型有如下有益效果:
[0042]本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種激光誘導(dǎo)熒光三維流體探測系統(tǒng)及探測方法，所述探測系統(tǒng)包括:片狀光激光器，透鏡組，掃描設(shè)備，圖像采集設(shè)備以及圖像處理設(shè)備；所述片狀光激光器包括多點(diǎn)式半導(dǎo)體激光器LD bar條，耦合鏡以及諧振腔，所述諧振腔中設(shè)置倍頻晶體；所述多點(diǎn)式LD bar條作為所述片狀光激光器的泵浦光源，輸出片狀的泵浦光；所述耦合鏡將所述片狀的泵浦光耦合至所述諧振腔；所述片狀的泵浦光經(jīng)過所述諧振腔進(jìn)行放大和倍頻后輸出片狀激光；所述透鏡組對所述片狀激光進(jìn)行擴(kuò)束和準(zhǔn)直后得到片狀探測光，將所述片狀探測光輸出至所述掃描設(shè)備；所述掃描設(shè)備將所述片狀探測光反射至流動樣品探測區(qū)域，并且在垂直于所述片狀探測光入射至探測區(qū)域的方向上，控制所述片狀探測光在按照預(yù)設(shè)的速度對所述探測區(qū)域的流動樣品進(jìn)行掃描；所述圖像采集設(shè)備采集所述片狀探測光照射所述探測區(qū)域的流動樣品所得的多幅二維熒光圖像；所述圖像處理設(shè)備對多幅所述二維熒光圖像進(jìn)行三維重建獲得所述探測區(qū)域的流動樣品的三維探測結(jié)果。片狀光激光器輸出片狀激光，利用透鏡組對片狀激光進(jìn)行準(zhǔn)直和擴(kuò)束獲得片狀探測光，利用掃描設(shè)備控制所述片狀探測光在按照預(yù)設(shè)的速度對所述探測區(qū)域的流動樣品進(jìn)行掃描，圖像采集設(shè)備采集多幅所探測的二維熒光圖像，對多幅二維熒光圖像進(jìn)行三維重建得到對探測區(qū)域中的探測樣品流體的三維標(biāo)量場，實(shí)現(xiàn)對流體的三維標(biāo)量場測量。
【附圖說明】
[0043]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0044]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的激光誘導(dǎo)熒光三維流體探測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的片狀光激光器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的多點(diǎn)式LD bar條示意圖；
[0047]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的另一種片狀光激光器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048]圖5為所述多點(diǎn)式LD bar條輸出的片狀泵浦光在片狀光波導(dǎo)整形示意圖；
[0049]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的片狀光激光器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的所述透鏡組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051]圖8為本