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基于旋轉(zhuǎn)葉片的漫反射式強(qiáng)光時(shí)空采樣測量裝置制造方法
【專利摘要】一種基于旋轉(zhuǎn)葉片的漫反射式強(qiáng)光時(shí)空采樣測量裝置，由可移動平臺、支撐架、驅(qū)動裝置、光束采樣轉(zhuǎn)輪、電控系統(tǒng)和紅外相機(jī)組成，本實(shí)用新型利用放置在高能激光傳輸路徑當(dāng)中的螺旋漿式高速旋轉(zhuǎn)葉片，對穿越其中的高能激光光束實(shí)施漫反射，由紅外相機(jī)接收漫反射光并成像，從而獲得高能激光光束的時(shí)空分布圖樣，大部分高能激光能量將透過旋轉(zhuǎn)葉片，繼續(xù)沿原光路傳播。本實(shí)用新型避免傳統(tǒng)測量方法中激光輻照面因強(qiáng)光駐留時(shí)間過長而造成的灼傷，有效提高了強(qiáng)光采樣的時(shí)間分辨率，獲取高分辨率的光斑圖像，機(jī)動性能好，后續(xù)整改簡單易行。
【專利說明】基于旋轉(zhuǎn)葉片的漫反射式強(qiáng)光時(shí)空采樣測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種強(qiáng)光時(shí)空分布參數(shù)的測量裝置，尤其是一種利用高速旋轉(zhuǎn)漫反射葉片對強(qiáng)光實(shí)施采樣的在線監(jiān)測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]強(qiáng)激光在大氣傳輸過程中，受到湍流、熱暈和消光等大氣效應(yīng)的影響，遠(yuǎn)場光斑分布相對于激光器出口有較大變化。準(zhǔn)確測量高能激光光束的遠(yuǎn)場功率密度時(shí)空分布，獲取激光光束質(zhì)量、質(zhì)心漂移等重要參數(shù)，已經(jīng)成為分析高能激光的大氣傳輸效應(yīng)和評價(jià)高能激光系統(tǒng)性能指標(biāo)的必要手段。
[0003]傳統(tǒng)的高能激光時(shí)空分布測量方式如燒蝕法、基于面陣采樣器件的CCD法、光電/光熱探測器陣列法等，皆通過接收全部入射激光能量對光斑進(jìn)行采樣和分析，光束接收采樣材料需要具有很強(qiáng)的耐高溫能力；同時(shí)，這樣使得激光輻照效應(yīng)試驗(yàn)和強(qiáng)光大氣傳輸效應(yīng)測量試驗(yàn)相分離，無法實(shí)時(shí)的、直觀的將高能激光輻照效應(yīng)與光束到靶特性、大氣條件等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行比對和關(guān)聯(lián)。為了提高試驗(yàn)效率，減少試驗(yàn)開支，降低高能激光系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、評估和決策中的風(fēng)險(xiǎn)和成本，發(fā)展和研制出有效的強(qiáng)光時(shí)空分布在線測量方法及裝置，成為高能激光測試技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。侯再紅等(強(qiáng)激光與粒子束，2002年第3期)改良固定面陣式傳感器光斑測量法，用77個(gè)傳感器排列成十字形線陣，以此線陣為半徑旋轉(zhuǎn)對激光光束采樣，完成對激光光斑的探測。該方法將不會完全阻擋激光傳播，但需設(shè)計(jì)復(fù)雜而精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電路系統(tǒng)，且因受制于單元傳感器排列密集程度，采樣空間分辨率仍然較低。陳紹武等(強(qiáng)激光與粒子束，2006年第10期)采用一只與入射激光軸線偏心安裝的高速旋轉(zhuǎn)的45°斜面環(huán)形光刀對光束實(shí)施反射取樣，探測單元(包括光衰減片、光纖、探測器等)陣列沿光刀反射光路圓周均勻分布，光刀每轉(zhuǎn)動一周，通過復(fù)原和計(jì)算探測器的響應(yīng)信號，便得到一幀完整光斑的時(shí)空分布圖樣。該方法使得絕大部分光穿過光刀并沿原光路無擾動傳播，成功實(shí)現(xiàn)了對強(qiáng)光時(shí)空分布的在線監(jiān)測，但它同樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，體積龐大，使用時(shí)拆裝多有不便，且因受制于光刀機(jī)械轉(zhuǎn)速，采樣時(shí)間分辨率較低。上述兩種激光時(shí)空分布測量方法均基于特定單元探測器，只能測量特定光譜響應(yīng)范圍內(nèi)波長的激光光束，系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造固化后的整改難度大，成本高昂，因而測量設(shè)備的后續(xù)擴(kuò)展利用存在一定局限性。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是:解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，而提供一種系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對簡單、使用方便的基于旋轉(zhuǎn)葉片的漫反射式強(qiáng)光時(shí)空采樣測量裝置，避免傳統(tǒng)測量方法中激光輻照面因強(qiáng)光駐留時(shí)間過長而造成灼傷，有效提高了強(qiáng)光采樣的時(shí)間分辨率，獲取的光斑圖像分辨率高，機(jī)動性能好，后續(xù)整改簡單易行。
[0005]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種基于旋轉(zhuǎn)葉片的漫反射式強(qiáng)光時(shí)空采樣測量裝置，由可移動平臺、支撐架、驅(qū)動裝置、光束采樣轉(zhuǎn)輪、電控系統(tǒng)和紅外相機(jī)組成，支撐架和電控系統(tǒng)安裝在可移動平臺上，驅(qū)動裝置和光束采樣轉(zhuǎn)輪安裝在支撐架上，驅(qū)動裝置包括電機(jī)、傳動軸和正交軸齒輪傳動裝置，電機(jī)與支撐架底端連接集成，傳動軸隱藏在支撐架的中心支柱內(nèi)，傳動軸上端通過正交軸齒輪傳動裝置將軸向轉(zhuǎn)換為水平方向驅(qū)動光束采樣轉(zhuǎn)輪，所述的光束采樣轉(zhuǎn)輪包括多片錐形葉片和輪轂，編碼器安裝在輪轂的軸套上，錐形葉片以輪轂為中心對稱分布，錐形葉片表面均勻噴涂漫反射涂層，編碼器實(shí)時(shí)記錄每根葉片的位置信息，并發(fā)送同步信號經(jīng)電控系統(tǒng)放大后觸發(fā)紅外相機(jī)，具有相應(yīng)光譜響應(yīng)范圍的紅外相機(jī)安裝在能夠接受漫反射光并成像的地方。
[0007]上述技術(shù)方案中，所述的可移動平臺包括平臺本體、轉(zhuǎn)向裝置、千斤頂和輪胎，平臺本體四周安裝4只可調(diào)式千斤頂，平臺本體由輪胎支撐，轉(zhuǎn)向裝置安裝在平臺本體前端。
[0008]上述技術(shù)方案中，所述的支撐架包括第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件、第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件、滑軌、兩側(cè)支臂和中心支柱，中心支柱固定在第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件上，第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件兩側(cè)套裝在第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件上，第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件安裝固定在兩側(cè)支臂上，兩側(cè)支臂安裝在滑軌上并可沿滑軌前后滑動。
[0009]上述技術(shù)方案中，所述的每根葉片的位置信息由激光二極管及光電接收器或同軸編碼器獲取和發(fā)送。
[0010]上述技術(shù)方案中，所述的采樣葉片的轉(zhuǎn)速可調(diào)，紅外相機(jī)的像素分辨率和光譜響應(yīng)范圍可調(diào)，采樣葉片的輪輻位置和角度可調(diào)。
[0011]本實(shí)用新型的顯著技術(shù)效果:
[0012]1、本實(shí)用新型提出了一種在線式強(qiáng)光時(shí)空采樣測量方法，它借助低占空比的旋轉(zhuǎn)葉片對強(qiáng)光進(jìn)行時(shí)空采樣，使得強(qiáng)光大部分能量可透過測量裝置，繼續(xù)沿原光路傳播，同時(shí)很大程度上避免了傳統(tǒng)測量方法中激光輻照面因強(qiáng)光駐留時(shí)間過長而造成的灼傷。
[0013]2、本實(shí)用新型所采用的多條葉片斬波掃描采樣方法，有效的提高了強(qiáng)光采樣的時(shí)間分辨率；并可通過選用高分辯率紅外相機(jī)，來獲取高分辨率的光斑圖像。
[0014]3、本實(shí)用新型提出的測量裝置，設(shè)計(jì)制造相對簡單，機(jī)動性能好，使用方便；其后續(xù)整改簡單易行，只需安裝不同光譜響應(yīng)范圍的紅外相機(jī)，便可實(shí)現(xiàn)不同波長的強(qiáng)光時(shí)空采樣測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型具體實(shí)施例中測量裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例原理示意圖；
[0017]圖3為實(shí)施例中可移動平臺結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4為支撐架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖5為驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)局部剖視圖；
[0020]圖6為光束采樣轉(zhuǎn)輪裝配示意圖；
[0021]圖7為具體實(shí)施例中采樣測量的光斑采樣圖。
[0022]附圖標(biāo)注說明:
[0023]1-可移動平臺，2-支撐架，3-驅(qū)動裝置，4-光束采樣轉(zhuǎn)輪，5-電控系統(tǒng)，6_紅外相機(jī)，7-轉(zhuǎn)向裝置，8-千斤頂，9-輪胎，10-第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件，11-第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件，12-滑軌，13-兩側(cè)支臂，14-中心支柱，15-電機(jī)，16-傳動軸，17-正交軸齒輪傳動裝置，18-錐形葉片，19-輪轂，20-編碼器。
【具體實(shí)施方式】
[0024]一種基于旋轉(zhuǎn)葉片的漫反射式強(qiáng)光時(shí)空采樣測量裝置，由可移動平臺、支撐架、驅(qū)動裝置、光束采樣轉(zhuǎn)輪、電控系統(tǒng)和紅外相機(jī)組成，支撐架和電控系統(tǒng)安裝在可移動平臺上，驅(qū)動裝置和光束采樣轉(zhuǎn)輪安裝在支撐架上，驅(qū)動裝置包括電機(jī)、傳動軸和正交軸齒輪傳動裝置，電機(jī)與支撐架底端連接集成，傳動軸隱藏在支撐架的中心支柱內(nèi)，傳動軸上端通過正交軸齒輪傳動裝置將軸向轉(zhuǎn)換為水平方向驅(qū)動光束采樣轉(zhuǎn)輪，所述的光束采樣轉(zhuǎn)輪包括多片錐形葉片和輪轂，編碼器安裝在輪轂的軸套上，錐形葉片以輪轂為中心對稱分布，錐形葉片表面均勻噴涂漫反射涂層，編碼器實(shí)時(shí)記錄每根葉片的位置信息，并發(fā)送同步信號經(jīng)電控系統(tǒng)放大后觸發(fā)紅外相機(jī)，具有相應(yīng)光譜響應(yīng)范圍的紅外相機(jī)安裝在能夠接受漫反射光并成像的地方。
[0025]上述的可移動平臺包括平臺本體、轉(zhuǎn)向裝置、千斤頂和輪胎，平臺本體四周安裝4只可調(diào)式千斤頂，平臺本體由輪胎支撐，轉(zhuǎn)向裝置安裝在平臺本體前端。
[0026]上述述的支撐架包括第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件、第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件、滑軌、兩側(cè)支臂和中心支柱，中心支柱固定在第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件上，第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件兩側(cè)套裝在第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件上，第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件安裝固定在兩側(cè)支臂上，兩側(cè)支臂安裝在滑軌上并可沿滑軌前后滑動。
[0027]上述的每根葉片的位置信息由激光二極管及光電接收器或同軸編碼器獲取和發(fā)送。
[0028]上述的采樣葉片的轉(zhuǎn)速可調(diào)，紅外相機(jī)的像素分辨率和光譜響應(yīng)范圍可調(diào)，采樣葉片的輪輻位置和角度可調(diào)。
[0029]一種基于旋轉(zhuǎn)葉片的漫反射式強(qiáng)光時(shí)空采樣測量方法，利用放置在高能激光傳輸路徑當(dāng)中的螺旋衆(zhòng)式高速旋轉(zhuǎn)葉片，對穿越其中的高能激光光束實(shí)施漫反射，由紅外相機(jī)接收漫反射光并成像，從而獲得高能激光光束的時(shí)空分布圖樣，大部分高能激光能量將透過旋轉(zhuǎn)葉片，繼續(xù)沿原光路傳播。
[0030]上述基于旋轉(zhuǎn)葉片的漫反射式強(qiáng)光時(shí)空采樣測量方法的實(shí)現(xiàn)過程如下:
[0031]步驟1:將表面均勻噴涂有漫反射涂層，呈中心對稱分布的螺旋漿式葉片輪輻放置在強(qiáng)光光路中；
[0032]步驟2、利用激光器導(dǎo)引光，調(diào)整葉片輪輻的高度與偏轉(zhuǎn)角度，使得激光垂直入射至輪輻表面，且不會超出采樣葉片輻寬，必要時(shí)需重復(fù)步驟I和步驟2 ;
[0033]步驟3、葉片輪輻位置及姿態(tài)擺放到位后，對其實(shí)施緊固，以確保葉片在高速旋轉(zhuǎn)過程當(dāng)中的穩(wěn)定性；
[0034]步驟4、擺放紅外相機(jī)，確保其避開強(qiáng)光光路，并可完整記錄下待測激光光斑；
[0035]步驟5、開啟電機(jī)，并根據(jù)強(qiáng)光時(shí)間采樣率要求設(shè)置葉片輪輻轉(zhuǎn)速；
[0036]步驟6、設(shè)置紅外相機(jī)單幀圖像曝光時(shí)間，確保在一個(gè)曝光周期內(nèi)，單根葉片可完成對待測激光光斑的完整掃描；
[0037]步驟7、將紅外相機(jī)工作模式預(yù)設(shè)為外觸發(fā)模式，可通過激光二極管及光電接收器或同軸編碼器獲取和記錄采樣葉片的實(shí)時(shí)位置信息，并向紅外相機(jī)發(fā)送觸發(fā)信號；[0038]步驟8、啟動紅外相機(jī)，并發(fā)射主激光，完成強(qiáng)光時(shí)空分布的采樣和測量。
[0039]下面再分別結(jié)合各附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明:
[0040]如圖1所示的本實(shí)用新型具體實(shí)施例中測量系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖，整個(gè)測量系統(tǒng)由可移動平臺1、支撐架2、驅(qū)動裝置3、光束采樣轉(zhuǎn)輪4、電控系統(tǒng)5、紅外相機(jī)6組成。
[0041]如圖2所示的本實(shí)用新型實(shí)施例原理示意圖，本實(shí)用新型所提出的強(qiáng)光時(shí)空采樣方法是利用電機(jī)驅(qū)動螺旋漿式葉片高速旋轉(zhuǎn)，對強(qiáng)光光束進(jìn)行采樣，通過具有相應(yīng)光譜響應(yīng)范圍的紅外相機(jī)接收漫反射光并成像，從而得到強(qiáng)光光束的時(shí)空分布圖樣。所用測量設(shè)備由一可移動平臺裝載，機(jī)動靈活。葉片轉(zhuǎn)動時(shí)，編碼器實(shí)時(shí)記錄每根葉片的位置信息，并發(fā)送同步信號，經(jīng)電控單元放大后用以觸發(fā)紅外相機(jī)。電控單元同時(shí)還兼有電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制與編碼器輸出信息的接收與解碼功能，它與圖像采集、相機(jī)操控等控制單元一起被集成在一電控柜內(nèi)。
[0042]如圖3所示實(shí)施例中的可移動平臺1，用以集成整套測量系統(tǒng)，提高其機(jī)動性能。它包括平臺本體、轉(zhuǎn)向裝置7、千斤頂8和輪胎9 ;平臺本體四周共安裝4只可調(diào)式千斤頂8，測量時(shí)用以支撐及穩(wěn)固測量裝置；轉(zhuǎn)向裝置7可用于測量系統(tǒng)擺放位置和擺放角度的粗略調(diào)整。
[0043]如圖4所示實(shí)施例中的支撐架2，用以支撐驅(qū)動裝置3及光束采樣轉(zhuǎn)輪4 ;它包括第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件10、第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件11、滑軌12、兩側(cè)支臂13和中心支柱14，整體可沿滑軌12前后滑動；中心支柱14依靠兩個(gè)關(guān)節(jié)連接件沿不同方向旋轉(zhuǎn)可調(diào)，可實(shí)現(xiàn)光束采樣轉(zhuǎn)輪4位置和姿態(tài)的精細(xì)調(diào)整。
[0044]如圖5所示實(shí)施例中的驅(qū)動裝置3,它包括電機(jī)15、傳動軸16和正交軸齒輪傳動裝置17 ；電機(jī)15最高轉(zhuǎn)速達(dá)lOOOrps，并與支撐架2底端連接集成，以平衡和配重；傳動軸16隱藏于支撐架2的中心支柱14內(nèi)，并通過正交軸齒輪傳動裝置17將軸向轉(zhuǎn)換為水平方向驅(qū)動光束米樣轉(zhuǎn)輪4。
[0045]如圖6所示實(shí)施例中的光束采樣轉(zhuǎn)輪4，它包括6片錐形葉片18和輪轂19，與編碼器20以軸套方式連接。為保證葉片機(jī)械性能，其材質(zhì)基底可采用航空硬鋁，以輪轂19為中心對稱分布，6片葉片總體占空比為5% ;葉片表面可采用火焰噴涂或高速氣流噴涂工藝，均勻噴涂漫反射涂層；編碼器20采用絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以提供光束采樣轉(zhuǎn)輪葉片的實(shí)時(shí)位置和速度信息，并發(fā)送同步信號用以觸發(fā)紅外相機(jī)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于旋轉(zhuǎn)葉片的漫反射式強(qiáng)光時(shí)空采樣測量裝置，其特征在于:由可移動平臺、支撐架、驅(qū)動裝置、光束采樣轉(zhuǎn)輪、電控系統(tǒng)和紅外相機(jī)組成，支撐架和電控系統(tǒng)安裝在可移動平臺上，驅(qū)動裝置和光束采樣轉(zhuǎn)輪安裝在支撐架上，驅(qū)動裝置包括電機(jī)、傳動軸和正交軸齒輪傳動裝置，電機(jī)與支撐架底端連接集成，傳動軸隱藏在支撐架的中心支柱內(nèi)，傳動軸上端通過正交軸齒輪傳動裝置將軸向轉(zhuǎn)換為水平方向驅(qū)動光束采樣轉(zhuǎn)輪，所述的光束采樣轉(zhuǎn)輪包括多片錐形葉片和輪轂，編碼器安裝在輪轂的軸套上，錐形葉片以輪轂為中心對稱分布，錐形葉片表面均勻噴涂漫反射涂層，編碼器實(shí)時(shí)記錄每根葉片的位置信息，并發(fā)送同步信號經(jīng)電控系統(tǒng)放大后觸發(fā)紅外相機(jī)，具有相應(yīng)光譜響應(yīng)范圍的紅外相機(jī)安裝在能夠接受漫反射光并成像的地方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)葉片的漫反射式強(qiáng)光時(shí)空采樣測量裝置，其特征在于:所述的可移動平臺包括平臺本體、轉(zhuǎn)向裝置、千斤頂和輪胎，平臺本體四周安裝4只可調(diào)式千斤頂，平臺本體由輪胎支撐，轉(zhuǎn)向裝置安裝在平臺本體前端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)葉片的漫反射式強(qiáng)光時(shí)空采樣測量裝置，其特征在于:所述的支撐架包括第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件、第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件、滑軌、兩側(cè)支臂和中心支柱，中心支柱固定在第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件上，第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件兩側(cè)套裝在第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件上，第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接件安裝固定在兩側(cè)支臂上，兩側(cè)支臂安裝在滑軌上并可沿滑軌前后滑動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)葉片的漫反射式強(qiáng)光時(shí)空采樣測量裝置，其特征在于:所述的每根葉片的位置信息由激光二極管及光電接收器或同軸編碼器獲取和發(fā)送。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)葉片的漫反射式強(qiáng)光時(shí)空采樣測量裝置，其特征在于:所述的采樣葉片的轉(zhuǎn)速可調(diào)，紅外相機(jī)的像素分辨率和光譜響應(yīng)范圍可調(diào)，采樣葉片的輪輻位置和角度可調(diào)。
【文檔編號】G01J1/00GK203519159SQ201320667847
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】楊軼, 張烜喆, 許曉軍, 杜少軍, 陳景春, 王錦龍 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)