本發(fā)明屬于氣體折射率測量，具體涉及一種氣體折射率空間分布測量裝置。

背景技術(shù)：

1、氣體折射率是光學(xué)測量中重要的物理量之一，也是測量其它與折射率關(guān)聯(lián)的物理量的基礎(chǔ)，如氣壓測量等應(yīng)用場景，在精密測量中具有重要意義。

2、目前，基于光學(xué)干涉現(xiàn)象對氣體折射率進行測量的裝置，測量結(jié)果往往是待測區(qū)域內(nèi)氣體折射率積分的均值，即默認了被測區(qū)域內(nèi)氣體是均勻的。當待測區(qū)域內(nèi)由于動態(tài)氣壓導(dǎo)致內(nèi)部介質(zhì)的光學(xué)折射率存在梯度分布時，該類儀器往往難以測量折射率的空間分布情況(場)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種氣體折射率空間分布測量裝置，能夠?qū)崟r測量氣體折射率空間動態(tài)分布。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個方面提供一種氣體折射率空間分布測量裝置，包括光源、第一分束器、第一球面反射鏡、多個球面二向色鏡、第二球面反射鏡、準直透鏡、探測器、數(shù)據(jù)處理模塊，

3、所述光源包含一個以上頻率，光源出射的光經(jīng)第一分束器分為兩束，一束正入射至第一球面反射鏡后原路返回第一分束器，作為參考光束，另一束入射至含有待測氣體的待測區(qū)域后原路返回第一分束器，作為測量光束，參考光束與測量光束在第一分束器上發(fā)生干涉，所述探測器接收干涉信號并生成干涉數(shù)據(jù)后發(fā)送給數(shù)據(jù)處理模塊，

4、所述多個球面二向色鏡設(shè)置在待測區(qū)域中，用于將待測區(qū)域在空間上劃分為與光源頻率對應(yīng)個數(shù)的多個子區(qū)域，多個頻率的測量光束分別入射至多個子區(qū)域，由多個球面二向色鏡和第二球面反射鏡分別反射后返回第一分束器，準直透鏡設(shè)置在第一分束器與探測器之間，用于將返回第一分束器的測量光束準直，所述多個球面二向色鏡、所述第二球面反射鏡以及所述準直透鏡的焦點均位于第一分束器上參考光束與測量光束發(fā)生干涉的位置；

5、所述第一分束器能夠作為振鏡進行三維空間的掃描，所述數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)所述多個球面二向色鏡和所述第二球面反射鏡的半徑、所述振鏡的掃描角度，獲得待測區(qū)域內(nèi)氣體折射率的空間分布。

6、優(yōu)選地，所述光源包括3個頻率不同的穩(wěn)頻激光器和用于將不同穩(wěn)頻激光器的激光光路整合至同一路的平面二向色鏡。

7、優(yōu)選地，所述多個球面二向色鏡為2個，待測區(qū)域被劃分為第1～第3子區(qū)域，所述數(shù)據(jù)處理模塊通過下面方程組獲得各子區(qū)域內(nèi)的折射率：

8、

9、其中，n0l0為參考光束所經(jīng)過的參考光路的光程，λ1～λ3分別表示3個穩(wěn)頻激光器的波長，分別表示第1～第3子區(qū)域測量得到的干涉條紋數(shù)目與真空環(huán)境下初始干涉條紋數(shù)目之差，n1～n3分別表示第1～第3子區(qū)域的折射率，l1～l3分別表示光在第1～第3子區(qū)域的傳播距離。

10、優(yōu)選地，所述裝置還包括偏振片、λ/2波片、兩個λ/4波片，所述偏振片設(shè)置在第一分束器與準直透鏡之間，所述λ/2波片設(shè)置在平面二向色鏡與第一分束器之間，兩個λ/4波片分別設(shè)置在第一分束器與第一球面反射鏡之間、第一分束器與球面二向色鏡之間。

11、優(yōu)選地，所述裝置還包括第二分束器和彩色圖像傳感器，參考光束與測量光束在第一分束器上發(fā)生干涉后分成兩束，一束由探測器接收，另一束被彩色圖像傳感器接收用于分析干涉圖樣。

12、根據(jù)本發(fā)明上述方面的氣體折射率空間分布測量裝置，通過在三維空間上劃分測量區(qū)域，實時測量每個子區(qū)域的折射率，能夠獲得測量區(qū)域內(nèi)氣體折射率的空間動態(tài)分布。

技術(shù)特征：

1.一種氣體折射率空間分布測量裝置，其特征在于，包括光源、第一分束器、第一球面反射鏡、多個球面二向色鏡、第二球面反射鏡、準直透鏡、探測器、數(shù)據(jù)處理模塊，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體折射率空間分布測量裝置，其特征在于，所述光源包括3個頻率不同的穩(wěn)頻激光器和用于將不同穩(wěn)頻激光器的激光光路整合至同一路的平面二向色鏡。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體折射率空間分布測量裝置，其特征在于，所述多個球面二向色鏡為2個，待測區(qū)域被劃分為第1～第3子區(qū)域，所述數(shù)據(jù)處理模塊通過下面方程組獲得各子區(qū)域內(nèi)的折射率：

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的氣體折射率空間分布測量裝置，其特征在于，還包括偏振片、λ/2波片、兩個λ/4波片，所述偏振片設(shè)置在第一分束器與準直透鏡之間，所述λ/2波片設(shè)置在平面二向色鏡與第一分束器之間，兩個λ/4波片分別設(shè)置在第一分束器與第一球面反射鏡之間、第一分束器與球面二向色鏡之間。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的氣體折射率空間分布測量裝置，其特征在于，還包括第二分束器和彩色圖像傳感器，參考光束與測量光束在第一分束器上發(fā)生干涉后分成兩束，一束由探測器接收，另一束被彩色圖像傳感器接收用于分析干涉圖樣。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種氣體折射率空間分布測量裝置，包括光源、第一分束器、第一球面反射鏡、多個球面二向色鏡、第二球面反射鏡、準直透鏡、探測器、數(shù)據(jù)處理模塊，光源包含一個以上頻率，光源出射的光經(jīng)第一分束器分為兩束，一束正入射至第一球面反射鏡后原路返回第一分束器作為參考光束，另一束入射至含有待測氣體的待測區(qū)域后原路返回第一分束器作為測量光束，參考光束與測量光束在第一分束器上發(fā)生干涉，多個球面二向色鏡設(shè)置在待測區(qū)域中，將待測區(qū)域在空間上劃分為多個子區(qū)域；數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)多個球面二向色鏡和第二球面反射鏡的半徑、振鏡的掃描角度，獲得待測區(qū)域內(nèi)氣體折射率的空間分布。本發(fā)明能夠?qū)崟r測量氣體折射率的空間動態(tài)分布。

技術(shù)研發(fā)人員：李員赫,史博,陳曉松
受保護的技術(shù)使用者：中國航空工業(yè)集團公司北京長城計量測試技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17