霧化場同軸光學(xué)數(shù)字全息測量系統(tǒng)設(shè)計

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3、散射、相位多普勒、粒子圖像測速和激光全息等。這些方法中，只有激光全息實現(xiàn)了霧化場的三維記錄，能夠在一次噴射中得到整個測試區(qū)域內(nèi)霧化顆粒的三維空間分布以及大小、形狀等信息，被認為是霧化場的標準測量方法。傳統(tǒng)的光學(xué)全息需要經(jīng)過全息干板的顯影、定影以及再現(xiàn)、圖像采集等過程，僅圖像采集過程就耗時幾十小時甚至幾天，不能實現(xiàn)霧化圖像的在線獲取，影響了霧化實驗的效率?！　‰S著計算機和圖像傳感器件的發(fā)展，數(shù)字全息有了很大進步，它的再現(xiàn)過程大大簡化，能夠在較短時間內(nèi)給出霧化圖像，從而彌補了光學(xué)全息中再現(xiàn)和采集過程繁瑣耗時的不足。但

4、是，圖像傳感器件的分辨率和感光面積與全息干板相比還存在較大差距，限制了記錄視場的大小、記錄小粒子的能力以及物參光的夾角。因此，數(shù)字全息還不能完全取代傳統(tǒng)的光學(xué)全息來進行霧化場測量?！　榱嗽陟F化場的全息測量中實現(xiàn)對霧化效果快速評估，提高實驗效率的目的，本文設(shè)計并搭建了由同軸光學(xué)全息、同軸數(shù)字全息以及數(shù)字延遲信號發(fā)生器組成的測量系統(tǒng)。系統(tǒng)中，數(shù)字全息能夠快速給出霧化圖像，以便對實驗總體效果進行評估。當(dāng)實驗參數(shù)確定以后，可以通過光學(xué)全息獲取大視場與分辨力較高的圖像數(shù)據(jù)。為了驗證該方法的可行性，對低噴射壓力下噴嘴的霧化

5、場進行了測量，同時給出了光學(xué)全息與數(shù)字全息的再現(xiàn)結(jié)果?！　。甭?lián)合測量系統(tǒng)　?。保惫饴吩O(shè)計　　霧化場測量中，霧滴密度的高低決定了所應(yīng)采用全息記錄光路的結(jié)構(gòu)。密度高時，造成未被霧滴散射的參考光減少，需要采用離軸記錄光路才能得到較好的全息圖；密度低時，可以利用同軸光路記錄，同時也降低了對光源相干長度、記錄介質(zhì)分辨率以及光路布置的要求。由于ＣＣＤ的分辨率遠不及全息干板，從而將物光路與參考光路的夾角限制在幾度范圍內(nèi)，給光路布置帶來了困難，所以數(shù)字全息一般采用同軸方式記錄，而光學(xué)全息則可以根據(jù)霧化場密度的實際情況，選擇同軸

6、或者離軸方式記錄?！　”疚闹挥懻摴鈱W(xué)同軸全息與數(shù)字同軸全息的情況，其光路結(jié)構(gòu)以及控制信號連接如圖１所示，帶箭頭的實線表示光路；虛線表示控制信號。百皮秒脈沖激光器（波長５３２ｎｍ）發(fā)出的激光束進入擴束準直鏡，擴束成Φ７０ｍｍ的平行光照明霧化場，一部分光被霧滴衍射形成物光，另一部分未被衍射作為參考光，物光和參考光經(jīng)過４Ｆ光學(xué)系統(tǒng)后，由立方分光棱鏡（邊長５０ｍｍ，分光比１∶１）分成相互垂直的兩路，一路由全息干板（分辨率＞３　０００ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）記錄物光與參考光形成的全息圖，曝光時間通過干板盒上的機械快門控制。由于分

7、光棱鏡尺寸的限制，光學(xué)全息的有效視場為Φ５０ｍｍ；另一路由ＣＣＤ相機記錄全息圖，相機的機械快門需要預(yù)先打開等待光脈沖到來，同時利用中性濾光片衰減進入相機的光強，避免ＣＣＤ曝光飽和。由于ＣＣＤ相機靈敏面尺寸[鍵入文字][鍵入文字][鍵入文字]精選公文范文管理資料（像素數(shù)為４?。埃梗丁粒础。埃梗?，像元尺寸９μｍ）的限制，數(shù)字全息的有效視場為Φ３６ｍｍ。全息干板的乳膠面和ＣＣＤ相機的靈敏面均垂直于光軸，并且與分光棱鏡的距離相等。測量系統(tǒng)中的４Ｆ光學(xué)系統(tǒng)是將霧化場搬移到記錄介質(zhì)前方適當(dāng)位置，使記錄介質(zhì)避開測試環(huán)境和測量對

8、象的影響，同時可以使小尺寸霧滴滿足需要的遠場距離。脈沖激光器的出光時間、干板盒的快門開啟時間、ＣＣＤ相機的機械快門打開時間由數(shù)字延遲信號發(fā)生器ＢＮＣ５６５進行同步控制，利用輸入到ＢＮＣ５６５的外觸發(fā)信號可以實現(xiàn)在不同的霧化階段進行全息記錄?！　?　　１．２記錄能力分析　　全息記錄的是霧滴衍射光與未被衍射的直透光之間形成的干涉條紋，要實現(xiàn)直徑為ｄ的霧滴的全息圖記錄，要求記錄