[发明专利]一种气体喷射流场的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体喷射流场的测量方法。

背景技术

喷射流场的测定在流程工业、航空等相关领域中有着非常重要的应用，与逐点、接触式的检测技术相比较，光学流动显示技术有许多优点：1)能以图像的方式给出全场信息，不仅信息容量大，而且信息显示直观；2)光线传播十分迅速，能用于流场的动态测量；3)没有机械探头，对待测的流场没有干扰作用。

经典干涉法和电子散斑干涉法等光学干涉技术，通过测量光程差改变，进而测定流体折射率，从而求出流体密度或温度的空间分布。但光学干涉法需要借助参考光束才能实现，因此对光学系统有很高的防震要求。此外，利用光学干涉技术进行流场瞬态检测，必须分析和处理大量的干涉条纹图，但由于流场的不稳定性，通常的相移检测系统很难利用，而实时相移系统不仅复杂，而且价格昂贵。

沃拉斯顿棱镜能产生两束彼此分开的、振动方向互相垂直的线偏振光，利用沃拉斯顿棱镜、偏振调节器、准直镜、扩束镜等光学元件组成差分干涉测量系统，在测试段空间内，对需要检测的流场剖面成像，在像平面内形成相互错位一个微小距离的两幅光场，且互相干涉形成干涉条纹图。该系统不需要参考光束，光学系统紧凑，防震要求低。根据条纹图所反映的流体光学折射率梯度，可进一步求出喷射气体的密度梯度、密度、温度等参数的空间分布。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种气体喷射流场的测量方法。

一种气体喷射流场的测量方法，步骤如下：

1）利用沃拉斯顿棱镜等光学元件组成差分干涉测量系统，对测试段空间流场中心剖面成像，采集气流喷射前和气流喷射时任意时刻的带有载波条纹的差分干涉条纹图；

2）根据步骤1）所述的带有载波条纹的差分干涉条纹图，利用如下公式计算差分干涉条纹相对漂移量△S/S：

ΔSS=dλ∫∂n(x,y,z)∂xdz---(1)]]>

其中，载波条纹的间距S、条纹绝对漂移量△S，d是物空间剪切量，λ是激光波长，n是流体折射率的空间分布函数，△S/S=△N(x,y)是条纹的相对漂移量，x,y,z为空间坐标；

3）对于二维流场，

根据公式(1)得到如下公式

∂n(x,y)∂x=ΔN(x,y).λd.L---(3)]]>

式中，L是沿光线传播方向喷射流场的长度；

对于气体，利用格拉德斯通-戴尔关系式，求出如下的折射率梯度与密度梯度之间的关系式：