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固壁面上毫米級(jí)空泡半徑和周期的同步探測(cè)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光電探測(cè)領(lǐng)域，其公開(kāi)了一種高效的可對(duì)固壁面上毫米級(jí)空泡的最大泡半徑和脈動(dòng)周期進(jìn)行同步探測(cè)的方法。該方法依據(jù)光束偏轉(zhuǎn)原理，采用由激光光源與光學(xué)元件組合形成的光斑形狀為“一字線”且光強(qiáng)分布較為均勻的光束作為探測(cè)光，對(duì)固壁面上毫米級(jí)空泡進(jìn)行探測(cè)。探測(cè)光信號(hào)通過(guò)光電倍增管轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并由示波器示出。對(duì)示波器得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，即可同時(shí)得到空泡的半徑和脈動(dòng)周期信息。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了通過(guò)單次測(cè)量對(duì)同一空泡半徑與脈動(dòng)周期信息的提取，方法簡(jiǎn)單且高效。
【專利說(shuō)明】固壁面上毫米級(jí)空泡半徑和周期的同步探測(cè)裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電探測(cè)領(lǐng)域，特別是固壁面上毫米級(jí)空泡最大泡半徑和脈動(dòng)周期的探測(cè)裝置及其探測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]空泡現(xiàn)象開(kāi)始為人們所關(guān)注是由于其對(duì)于固壁面的破壞作用，這種特性吸引了許多學(xué)者對(duì)其展開(kāi)了一系列的研究，并成功地將其應(yīng)用于許多領(lǐng)域，包括空泡表面清洗、空泡一生物組織相互作用、激光水下推進(jìn)等。空泡的最大泡半徑和脈動(dòng)周期作為空泡的基本量，前者能夠表征空泡的能量以及潰滅程度，后者能夠反映空泡的演變特性，因而在固壁面附近空泡的研究領(lǐng)域中對(duì)空泡的最大泡半徑和脈動(dòng)周期進(jìn)行探測(cè)顯得尤為重要。固壁面附近空泡的探測(cè)方法主要可以分為兩類，一種是采用攝影技術(shù)獲取空泡的影像，從影像序列中提取最大半徑，如高速攝影方法。然而采用這種方法準(zhǔn)確測(cè)量空泡的最大泡半徑和周期需要較高幀率的高速攝影機(jī)，成本高昂。另一種方法則以激光光束為基礎(chǔ)探測(cè)手段，分析受空泡擾動(dòng)的光束來(lái)提取空泡的半徑信息，如光偏轉(zhuǎn)探測(cè)方法、Mie散射探測(cè)。這類方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作且花費(fèi)少。
[0003]2004年陳笑等人提出了一種基于光束偏轉(zhuǎn)法的固壁面上空泡最大泡半徑和脈動(dòng)周期的探測(cè)方法。該方法利用探測(cè)光在經(jīng)過(guò)空泡時(shí)由于介質(zhì)折射率改變從而發(fā)生偏轉(zhuǎn)的特性，通過(guò)對(duì)空泡中心位置進(jìn)行單次探測(cè)，即可得到空泡的周期信息。而在測(cè)量空泡最大泡半徑時(shí)，該方法需要對(duì)空泡的不同位置進(jìn)行探測(cè)，分析偏轉(zhuǎn)光在空泡生命周期中的波形，同特征信號(hào)對(duì)比，得到空泡的半徑信息；在此基礎(chǔ)上，再經(jīng)過(guò)多次重復(fù)測(cè)量，對(duì)某個(gè)探測(cè)位置上記錄到的偏轉(zhuǎn)光波形中出現(xiàn)最大半徑的特征信號(hào)概率為50%時(shí)作為空泡的最大半徑估計(jì)值。該方法主要有兩個(gè)弊端，一是需要在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)做大量的重復(fù)測(cè)量，這對(duì)空泡的可重復(fù)性要求很高，同時(shí)后期的分析工作量巨大；二是得到的空泡最大泡半徑是基于概率的估計(jì)值，依然可能存在較大誤差。為此，李貝貝等人于2011年對(duì)此方法進(jìn)行了改進(jìn)，減小了工作量，提高了測(cè)量值的精度，然而其改進(jìn)后的方法依然需要進(jìn)行多次測(cè)量，且測(cè)量得到的空泡最大泡半徑依然是基于概率的估計(jì)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種高效的固壁面上毫米級(jí)空泡最大泡半徑和脈動(dòng)周期的同步探測(cè)裝置及其探測(cè)方法。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種固壁面上毫米級(jí)空泡半徑和周期的同步探測(cè)裝置，包括探測(cè)光束激光器、可將激光光束擴(kuò)束η倍的凹凸透鏡組、第一可調(diào)光學(xué)狹縫、第二可調(diào)光學(xué)狹縫、聚焦透鏡、干涉濾波片、多維光纖定位器、光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)用多維平移臺(tái)、光纖、光電倍增管、示波器、具備能透射探測(cè)光窗口的容器、含固壁面的物體；
[0006]其中探測(cè)光束激光器、凹凸透鏡組、第一可調(diào)光學(xué)狹縫、第二可調(diào)光學(xué)狹縫、聚焦透鏡、干涉濾波片、多維光纖定位器在探測(cè)光束發(fā)射方向上依次同軸設(shè)置在光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)用多維平移臺(tái)上，具備能透射探測(cè)光窗口的容器位于第一可調(diào)光學(xué)狹縫和第二可調(diào)光學(xué)狹縫之間；含固壁面的物體固定在具備能透射探測(cè)光窗口的容器中，光纖的一端固定在多位光纖定位器上，另一端作為光電倍增管的輸入端，光電倍增管的輸出端與示波器相連；第一可調(diào)光學(xué)狹縫的縫隙中線垂直于含固壁面物體的固壁面，且與第二可調(diào)光學(xué)狹縫的縫隙中線以及探測(cè)光束激光器的發(fā)射方向兩兩垂直。
[0007]一種基于上述探測(cè)裝置的固壁面上毫米級(jí)空泡半徑和周期的同步探測(cè)裝置的探測(cè)方法，包括以下步驟:
[0008]步驟1、利用探測(cè)光束激光器與可將激光光束擴(kuò)束η倍的凹凸透鏡組，產(chǎn)生光斑直徑大于物體固壁面上產(chǎn)生的最大空泡半徑的2倍的探測(cè)光束；其中η為大于I的正整數(shù)；
[0009]步驟2、在確保含固壁面的物體沒(méi)有遮擋住探測(cè)光束的情況下，調(diào)節(jié)各器件使探測(cè)光束激光器、凹凸透鏡組、第一可調(diào)光學(xué)狹縫、第二可調(diào)光學(xué)狹縫、聚焦透鏡、干涉濾波片以及固定于多維光纖定位器上的光纖端口同軸等高，并保證第一可調(diào)光學(xué)狹縫、第二可調(diào)光學(xué)狹縫沒(méi)有遮擋住探測(cè)光束；
[0010]步驟3、在確保沒(méi)有發(fā)生光學(xué)衍射的前提下，縮小第一可調(diào)光學(xué)狹縫的縫隙寬度，使通過(guò)該可調(diào)光學(xué)狹縫的光束最細(xì)；
[0011]步驟4、在第二可調(diào)光學(xué)狹縫的縫隙寬度不小于固壁面上產(chǎn)生的最大空泡半徑的前提下縮小該光學(xué)狹縫的縫隙寬度，直至產(chǎn)生光強(qiáng)分布均勻的“一字線”探測(cè)光束，此時(shí)第二可調(diào)光學(xué)狹縫的縫隙寬度為s ；
[0012]步驟5、調(diào)節(jié)多位光纖定位器，使得示波器上得到的信號(hào)電壓最大，記為Vmax ；
[0013]步驟6、完全遮擋住探測(cè)光束，此時(shí)示波器上得到的信號(hào)電壓為Vmin ；
[0014]步驟7、調(diào)節(jié)光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)用多維平移臺(tái)，確保探測(cè)光束傳播方向與含固壁面物體的固壁面平行；
[0015]步驟8、調(diào)節(jié)光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)用多維平移臺(tái)，使探測(cè)光束向含固壁面物體的固壁面移動(dòng)，同時(shí)觀測(cè)示波器的波形變化，當(dāng)示波器上的信號(hào)電壓開(kāi)始下降時(shí)，即為探測(cè)光束與含固壁面物體的固壁面接觸的臨界狀態(tài)，固定光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)用多維平移臺(tái)；
[0016]步驟9、利用空泡產(chǎn)生裝置在含固壁面物體的固壁面上產(chǎn)生空泡，記錄下示波器中顯示的光偏轉(zhuǎn)信號(hào)波形V(t)，該空泡的半徑變化曲線R(t)可表示為:

V(t)
[0017]R(J) = s{\---—)

V _ V ■
[0018]由此，通過(guò)R(t)即可得到該空泡的最大泡半徑和脈動(dòng)周期。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為:1)本發(fā)明的裝置能夠?qū)ν粋€(gè)空泡的最大泡半徑和脈動(dòng)周期同時(shí)進(jìn)行探測(cè)；2)利用本發(fā)明的方法進(jìn)行探測(cè)時(shí)，僅需要單次測(cè)量即可得到空泡的最大泡半徑和脈動(dòng)周期信息，大大降低了工作量；3)本發(fā)明的裝置簡(jiǎn)單可行，適用于對(duì)毫米級(jí)空泡進(jìn)行探測(cè)。
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明采用的可對(duì)固壁面上毫米級(jí)空泡最大泡半徑和脈動(dòng)周期進(jìn)行同步探測(cè)的光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)示意圖，其中插圖(a)和插圖(C)分別為其對(duì)應(yīng)箭頭所示位置的探測(cè)光束截面圖，插圖(b)為實(shí)線框內(nèi)虛線圈部分的右視圖(視線沿-X軸方向)，插圖(d)為實(shí)線框中點(diǎn)劃線框所示部分的右視圖(視線沿-X軸方向)。
[0022]圖2為實(shí)例中通過(guò)示波器得到的探測(cè)固壁面上毫米級(jí)空泡的波形圖，其中虛線框住的部分為激光誘導(dǎo)空泡產(chǎn)生過(guò)程中，激光光學(xué)擊穿時(shí)輻射出的沖擊波所致。
[0023]圖3為實(shí)例中空泡的半徑隨時(shí)間變化的曲線圖，其中虛線框住的部分為激光誘導(dǎo)空化泡產(chǎn)生過(guò)程中，激光光學(xué)擊穿時(shí)輻射出的沖擊波所致，空泡半徑隨時(shí)間變化起于點(diǎn)A所在的時(shí)刻。
[0024]圖4為實(shí)例中“一字線”探測(cè)光束光強(qiáng)分布均勻性測(cè)試圖。
[0025]圖中附圖標(biāo)記及其對(duì)應(yīng)部分為:1為探測(cè)光束激光器；2為可將激光光束擴(kuò)束η倍的凹凸透鏡組；3為第一可調(diào)光學(xué)狹縫；4為第二可調(diào)光學(xué)狹縫；5為聚焦透鏡；6為干涉濾波片；7為多維光纖定位器；8為光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)用多維平移臺(tái)；9為光纖；10為光電倍增管；11為示波器；12為具備能透射探測(cè)光窗口的容器；13為含固壁面的物體；14為固壁面上空泡的形狀及位置示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]結(jié)合圖1，本發(fā)明的一種固壁面上毫米級(jí)空泡半徑和周期的同步探測(cè)裝置，包括探測(cè)光束激光器1、可將激光光束擴(kuò)束η倍的凹凸透鏡組2、第一可調(diào)光學(xué)狹縫3、第二可調(diào)光學(xué)狹縫4、聚焦透鏡5、干涉濾波片6、多維光纖定位器7、光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)用多維平移臺(tái)8、光纖9、光電倍增管10、示波器11、具備能透射探測(cè)光窗口的容器12、含固壁面的物體13 ；
[0027]其中探測(cè)光束激光器1、凹凸透鏡組2、第一可調(diào)光學(xué)狹縫3、第二可調(diào)光學(xué)狹縫4、聚焦透鏡5、干涉濾波片6、多維光纖定位器7在探測(cè)光束發(fā)射方向上依次同軸設(shè)置在光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)用多維平移臺(tái)8上，具備能透射探測(cè)光窗口的容器12位于第一可調(diào)光學(xué)狹縫3和第二可調(diào)光學(xué)狹縫4之間；含固壁面的物體13固定在容器12中,光纖9的一端固定在多位光纖定位器7上，另一端作為光電倍增管10的輸入端，光電倍增管10的輸出端與示波器11相連；可第一調(diào)光學(xué)狹縫3的縫隙中線垂直于物體13的固壁面，且與第二可調(diào)光學(xué)狹縫4的縫隙中線以及探測(cè)光束激光器I的發(fā)射方向兩兩垂直。
[0028]探測(cè)光束激光器I的發(fā)射方向平行于物體13的固壁面。
[0029]所述探測(cè)光束激光器I為波長(zhǎng)為632.8nm,光斑直徑為2mm的He-Ne激光器。
[0030]一種基于上述探測(cè)裝置的固壁面上毫米級(jí)空泡半徑和周期的同步探測(cè)方法，包括以下步驟:
[0031]步驟1、利用探測(cè)光束激光器I與可將激光光束擴(kuò)束η倍的凹凸透鏡組2，產(chǎn)生光斑直徑大于物體15固壁面上產(chǎn)生的最大空泡半徑的2倍的探測(cè)光束；其中η為大于I的正整數(shù)；
[0032]步驟2、在確保含固壁面的物體15沒(méi)有遮擋住探測(cè)光束的情況下，調(diào)節(jié)各器件使探測(cè)光束激光器1、凹凸透鏡組2、第一可調(diào)光學(xué)狹縫3、第二可調(diào)光學(xué)狹縫4、聚焦透鏡5、干涉濾波片6以及固定于多維光纖定位器7上的光纖9的端口同軸等高，并保證第一可調(diào)光學(xué)狹縫3、第二可調(diào)光學(xué)狹縫4沒(méi)有遮擋住探測(cè)光束；
[0033]步驟3、在確保沒(méi)有發(fā)生光學(xué)衍射的前提下，縮小第一可調(diào)光學(xué)狹縫3的縫隙寬度，使通過(guò)該可調(diào)光學(xué)狹縫的光束最細(xì)；
[0034]步驟4、在第二可調(diào)光學(xué)狹縫4的縫隙寬度不小于固壁面上產(chǎn)生的最大空泡半徑的前提下縮小該光學(xué)狹縫的縫隙寬度，直至產(chǎn)生光強(qiáng)分布均勻的“一字線”探測(cè)光束，此時(shí)第二可調(diào)光學(xué)狹縫4的縫隙寬度為s ；
[0035]步驟5、調(diào)節(jié)多位光纖定位器7，使得示波器11上得到的信號(hào)電壓最大，記為Vmax ；
[0036]步驟6、完全遮擋住探測(cè)光束，此時(shí)示波器11上得到的信號(hào)電壓為Vmin ；
[0037]步驟7、調(diào)節(jié)光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)用多維平移臺(tái)8，確保探測(cè)光束傳播方向與物體13的固壁面平行；
[0038]步驟8、調(diào)節(jié)光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)用多維平移臺(tái)8，使探測(cè)光束向物體13的固壁面移動(dòng)，同時(shí)觀測(cè)示波器11的波形變化，當(dāng)示波器11上的信號(hào)電壓開(kāi)始下降時(shí)，即為探測(cè)光束與物體13的固壁面接觸的臨界狀態(tài)，固定光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)用多維平移臺(tái)8 ；
[0039]步驟9、利用空泡產(chǎn)生裝置在物體13的固壁面上產(chǎn)生空泡，記錄下示波器11中顯示的光偏轉(zhuǎn)信號(hào)波形V(t)，該空泡的半徑變化曲線R(t)可表示為:

y(t)
[0040]

V — V ■

max min
[0041]由此，通過(guò)R(t)即可得到該空泡的最大泡半徑和脈動(dòng)周期。
[0042]優(yōu)選的，步驟I中所述探測(cè)光束激光器I為波長(zhǎng)為632.8nm,光斑直徑為2mm的He-Ne激光器。
[0043]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述:
[0044]實(shí)施實(shí)例:
[0045]一種基于固壁面上毫米級(jí)空泡半徑和周期的同步探測(cè)裝置的空泡半徑和周期的同步探測(cè)方法，包括以下步驟:
[0046]步驟1、根據(jù)光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖搭建光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)。其中探測(cè)光束采用He-Ne激光光束(波長(zhǎng)632.8nm，光斑直徑為2mm);凹凸透鏡組2采用6倍擴(kuò)束鏡；容器12的材料為在波長(zhǎng)為632.8nm和1064nm附近透射率較高的光學(xué)玻璃，內(nèi)部裝滿去離子水；物體13為圓柱體形狀的鈦質(zhì)祀材(高6mm,圓面半徑為2mm),固壁面為其中一個(gè)圓面；空泡由Nd: YAG激光光束(波長(zhǎng)1064nm，脈寬7ns)聚焦于固壁面上產(chǎn)生。
[0047]步驟2、在確保鈦靶13沒(méi)有遮擋住探測(cè)光束的情況下，調(diào)節(jié)各器件使He-Ne激光器1、擴(kuò)束鏡2、第一可調(diào)光學(xué)狹縫3、第二可調(diào)光學(xué)狹縫4、聚焦透鏡5、干涉濾波片6以及固定于多維光纖定位器7上的光纖9的端口同軸等高，并保證第一可調(diào)光學(xué)狹縫3、第二可調(diào)光學(xué)狹縫4沒(méi)有遮擋住探測(cè)光束。
[0048]步驟3、在確保沒(méi)有發(fā)生光學(xué)衍射的前提下，縮小第一可調(diào)光學(xué)狹縫3的縫隙寬度，使通過(guò)該可調(diào)光學(xué)狹縫的光束最細(xì)，本實(shí)例中可調(diào)光學(xué)狹縫3的縫隙寬度最小可調(diào)至0.28mm。
[0049]步驟4、由于本實(shí)例中探測(cè)對(duì)象空泡最大泡半徑一般不會(huì)大于4_，因此我們將第二可調(diào)光學(xué)狹縫4的縫隙寬度縮小至4_，記為s = 4_。
[0050]步驟5、調(diào)節(jié)多位光纖定位器7，使得示波器11上得到的信號(hào)電壓最大，記為Vmax,通過(guò)計(jì)算機(jī)處理示波器信號(hào)，可讀得Vmax = 328.6mV。
[0051]步驟6、完全遮擋住探測(cè)光束，此時(shí)示波器11上得到的信號(hào)電壓記為Vmin，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理示波器信號(hào)，可讀得Vmin = 3.98mV。
[0052]步驟7、調(diào)節(jié)光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)用多維平移臺(tái)8，確保探測(cè)光束傳播方向與鈦靶13的固壁面平行；
[0053]步驟8、調(diào)節(jié)光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)用多維平移臺(tái)8，使探測(cè)光束向鈦靶13的固壁面移動(dòng)，同時(shí)觀測(cè)示波器11的波形變化，當(dāng)示波器11上的信號(hào)電壓開(kāi)始下降時(shí)，即為探測(cè)光束與鈦靶13的固壁面接觸的臨界狀態(tài)，固定光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)用多維平移臺(tái)8。
[0054]步驟9、利用Nd: YAG激光光束在鈦靶13的固壁面上聚焦產(chǎn)生空泡，記錄下示波器11中顯示的光偏轉(zhuǎn)信號(hào)波形v(t)，如附圖2所示；通過(guò)以下公式:
、,Tzr I/
[0055]max min
= 4(1- ~l^-)

324 62
[0056]即可得到該空泡半徑隨時(shí)間的變化曲線，如附圖3所示。通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理，可進(jìn)一步得到該空泡的最大泡半徑Rmaxl = 2.63mm,第一次脈動(dòng)周期Ttjsl = 385.2 μ S，第二次脈動(dòng)周期Ttjs2 = 184.0 μ s，第三次脈動(dòng)周期Ttjs3 = 167.6 μ S。
[0057]本發(fā)明所提供的固壁面上毫米級(jí)空泡半徑和周期的同時(shí)探測(cè)方法的最主要的前提是產(chǎn)生光強(qiáng)分布均勻的“一字線”探測(cè)光束。為了驗(yàn)證通過(guò)本發(fā)明的探測(cè)裝置可以產(chǎn)生光強(qiáng)分布均勻的“一字線”探測(cè)光束，我們對(duì)實(shí)例中的探測(cè)光束進(jìn)行檢測(cè)，辦法如下:
[0058]在步驟8后，調(diào)節(jié)光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)用多維平移臺(tái)8，將探測(cè)光束向鈦靶13的固壁面移動(dòng)0.1mm。此時(shí)，4_長(zhǎng)的探測(cè)光束有長(zhǎng)度為0.1mm的部分被鈦靶遮擋住了，示波器所顯示的信號(hào)電壓值對(duì)應(yīng)于3.9mm寬的探測(cè)光束，借助計(jì)算機(jī)分析記錄下此時(shí)示波器的示數(shù)。再次將探測(cè)光束向鈦靶13的固壁面移動(dòng)0.1_，借助計(jì)算機(jī)分析記錄下此時(shí)示波器的示數(shù)。循環(huán)此步驟，直至探測(cè)光束完全被鈦靶擋住。將探測(cè)光束未被遮擋部分的長(zhǎng)度記為X，即可得到探測(cè)光束未被遮擋部分長(zhǎng)度X與示波器接收到的信號(hào)電壓的關(guān)系圖，如附圖4所示。
[0059]可以看到，探測(cè)光束未被遮擋部分長(zhǎng)度X與示波器接收到的信號(hào)電壓Voltage幾乎呈現(xiàn)線性的關(guān)系，這表明本實(shí)例中所用的“一字線”探測(cè)光束的光強(qiáng)分布較為均勻，進(jìn)一步表明本發(fā)明的對(duì)固壁面上毫米級(jí)空泡半徑和周期進(jìn)行同步探測(cè)的方法是可行的。
【權(quán)利要求】
1.一種固壁面上毫米級(jí)空泡半徑和周期的同步探測(cè)裝置，其特征在于，包括探測(cè)光束激光器[I]、可將激光光束擴(kuò)束η倍的凹凸透鏡組[2]、第一可調(diào)光學(xué)狹縫[3]、第二可調(diào)光學(xué)狹縫[4]、聚焦透鏡[5]、干涉濾波片[6]、多維光纖定位器[7]、光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)用多維平移臺(tái)[8]、光纖[9]、光電倍增管[10]、示波器[11]、具備能透射探測(cè)光窗口的容器[12]、含固壁面的物體[13]; 其中探測(cè)光束激光器[I]、凹凸透鏡組[2]、第一可調(diào)光學(xué)狹縫[3]、第二可調(diào)光學(xué)狹縫[4]、聚焦透鏡[5]、干涉濾波片[6]、多維光纖定位器[7]在探測(cè)光束發(fā)射方向上依次同軸設(shè)置在光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)用多維平移臺(tái)[8]上，具備能透射探測(cè)光窗口的容器[12]位于第一可調(diào)光學(xué)狹縫[3]和第二可調(diào)光學(xué)狹縫[4]之間；含固壁面的物體[13]固定在容器[12]中，光纖[9]的一端固定在多位光纖定位器[7]上，另一端作為光電倍增管[10]的輸入端，光電倍增管[10]的輸出端與示波器[11]相連；第一可調(diào)光學(xué)狹縫[3]的縫隙中線垂直于物體[13]的固壁面，且與第二可調(diào)光學(xué)狹縫[4]的縫隙中線以及探測(cè)光束激光器[I]的發(fā)射方向兩兩垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固壁面上毫米級(jí)空泡半徑和周期的同步探測(cè)裝置，其特征在于，探測(cè)光束激光器[I]的發(fā)射方向平行于物體[13]的固壁面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固壁面上毫米級(jí)空泡半徑和周期的同步探測(cè)裝置，其特征在于，所述探測(cè)光束激光器[I]為波長(zhǎng)為632.8nm,光斑直徑為2mm的He-Ne激光器。
4.一種基于權(quán)利要求1所述固壁面上毫米級(jí)空泡半徑和周期的同步探測(cè)裝置的探測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、利用探測(cè)光束激光器[I]與可將激光光束擴(kuò)束η倍的凹凸透鏡組[2]，產(chǎn)生光斑直徑大于物體[15]固壁面上產(chǎn)生的最大空泡半徑的2倍的探測(cè)光束；其中η為大于I的正整數(shù)； 步驟2、在確保含固壁面的物體[15]沒(méi)有遮擋住探測(cè)光束的情況下，調(diào)節(jié)各器件使探測(cè)光束激光器[I]、凹凸透鏡組[2]、第一可調(diào)光學(xué)狹縫[3]、第二可調(diào)光學(xué)狹縫[4]、聚焦透鏡[5]、干涉濾波片[6]以及固定于多維光纖定位器[7]上的光纖[9]的端口同軸等高，并保證第一可調(diào)光學(xué)狹縫[3]、第二可調(diào)光學(xué)狹縫[4]沒(méi)有遮擋住探測(cè)光束； 步驟3、在確保沒(méi)有發(fā)生光學(xué)衍射的前提下，縮小第一可調(diào)光學(xué)狹縫[3]的縫隙寬度，使通過(guò)該可調(diào)光學(xué)狹縫的光束最細(xì)； 步驟4、在第二可調(diào)光學(xué)狹縫[4]的縫隙寬度不小于固壁面上產(chǎn)生的最大空泡半徑的前提下縮小該光學(xué)狹縫的縫隙寬度，直至產(chǎn)生光強(qiáng)分布均勻的“一字線”探測(cè)光束，此時(shí)第二可調(diào)光學(xué)狹縫[4]的縫隙寬度為s ； 步驟5、調(diào)節(jié)多位光纖定位器[7]，使得示波器[11]上得到的信號(hào)電壓最大，記為Vmax; 步驟6、完全遮擋住探測(cè)光束，此時(shí)示波器[11]上得到的信號(hào)電壓為Vmin; 步驟7、調(diào)節(jié)光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)用多維平移臺(tái)[8]，確保探測(cè)光束傳播方向與物體[13]的固壁面平行； 步驟8、調(diào)節(jié)光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)用多維平移臺(tái)[8]，使探測(cè)光束向物體[13]的固壁面移動(dòng)，同時(shí)觀測(cè)示波器[11]的波形變化，當(dāng)示波器[11]上的信號(hào)電壓開(kāi)始下降時(shí)，即為探測(cè)光束與物體[13]的固壁面接觸的臨界狀態(tài)，固定光偏轉(zhuǎn)探測(cè)系統(tǒng)用多維平移臺(tái)[8]； 步驟9、利用空泡產(chǎn)生裝置在物體[13]的固壁面上產(chǎn)生空泡，記錄下示波器[11]中顯示的光偏轉(zhuǎn)信號(hào)波形v(t)，該空泡的半徑變化曲線R(t)可表示為: _ =.vO-」^)
V -V.max mm 由此，通過(guò)R(t)即可得到該空泡的最大泡半徑和脈動(dòng)周期。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固壁面上毫米級(jí)空泡半徑和周期的同步探測(cè)方法，其特征在于，步驟I中所述探測(cè)光束激光器[I]為波長(zhǎng)為632.8nm，光斑直徑為2mm的He-Ne激光器。
【文檔編號(hào)】G01N21/00GK104237124SQ201410505871
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】強(qiáng)豪, 韓冰, 陳軍, 倪曉武 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)