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原文传递透明液体环境中对称空泡动力学的探测装置及方法

专利名称：	透明液体环境中对称空泡动力学的探测装置及方法
摘要：	本发明公开了一种透明液体环境中对称空泡动力学的探测装置及方法，依据光束透射原理，采用由高稳定性、光强高斯分布的激光光源与光学元件组合形成的排状且光强分布较为均匀的光束作为探测光，对透明液体环境中的单个对称空泡进行多点探测。排状探测光中的每一束“一字型”探测光分别通过独立的光电探测器转化为电信号，并由示波器示出。对示波器得到的一组数据进行分析，即可得到单个对称空泡的动力学行为。本发明实现了通过单次测量对透明液体环境中单个对称空泡动力学行为的探测，方法简单且高效，适用于百微米量级及以上的对称空泡动力学行为的探测。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	江苏卓易信息科技股份有限公司
发明人：	强豪;谢乾;庄军;周海萍;张彬;蒋圣;肖绍章
专利状态：	有效
申请日期：	2019-10-17T00:00:00+0800
发布日期：	2019-12-27T00:00:00+0800
申请号：	CN201910987699.8
公开号：	CN110618133A
代理机构：	南京理工大学专利中心
代理人：	马鲁晋
分类号：	G01N21/84(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	214205 江苏省无锡市宜兴市新街街道兴业路298号
主权项：	1.一种透明液体环境中对称空泡动力学的探测装置，其特征在于，包括探测光束激光器(1)、扩束镜(2)、第一柱面凹透镜(3)、可调光学狭缝(4)、第一柱面凸透镜(5)、矩形光阑(6)、第二柱面凹透镜(7)、第二柱面凸透镜(8)、等间距矩形光阑(9)、第三柱面凸透镜(10)、第三柱面凹透镜(11)、第四柱面凹透镜(12)、对探测光束进行聚焦的透镜组(13)、带干涉滤波片的光电探测器组(14)、示波器组(15)以及设有能透射探测光窗口的盛有透明液体的容器(16)；其中，等间距矩形光阑(9)包括n个矩形光阑，对探测光束进行聚焦的透镜组(13)所包含的透镜数、带干涉滤波片的光电探测器组(14)所包含的光电探测器数以及示波器组(15)所包含的示波器数均为n；探测光束激光器(1)、扩束镜(2)、第一柱面凹透镜(3)、可调光学狭缝(4)、第一柱面凸透镜(5)、矩形光阑(6)、第二柱面凹透镜(7)、第二柱面凸透镜(8)、等间距矩形光阑(9)、第三柱面凸透镜(10)、第三柱面凹透镜(11)、第四柱面凹透镜(12)沿探测光束发射方向依次同轴设置，设有能透射探测光窗口的盛有透明液体的容器(16)位于第三柱面凹透镜(11)和第四柱面凹透镜(12)之间；对探测光束进行聚焦的透镜组(13)将经第四柱面凹透镜(12)扩散的每一束探测光分别聚焦到带干涉滤波片的光电探测器组(14)中对应的光电探测器上，带干涉滤波片的光电探测器组(14)的输出端与示波器组(15)一一对应相连。 2.根据权利要求1所述的透明液体环境中对称空泡动力学的探测装置，其特征在于，所述第一柱面凹透镜(3)、第一柱面凸透镜(5)的轴向子午线与可调光学狭缝(4)的缝隙中线，以及被测对称空泡(17)的对称轴同方向。 3.根据权利要求1所述的透明液体环境中对称空泡动力学的探测装置，其特征在于，所述矩形光阑(6)、等间距矩形光阑(9)的长对称轴，与第二柱面凹透镜(7)、第二柱面凸透镜(8)、第三柱面凸透镜(10)、第三柱面凹透镜(11)、第四柱面凹透镜(12)的轴向子午线同方向，且该方向与探测光束激光器(1)的发射方向以及被测对称空泡(17)的对称轴方向两两垂直。 4.根据权利要求1所述的透明液体环境中对称空泡动力学的探测装置，其特征在于，所述矩形光阑(6)的长大于等间距矩形光阑(9)的长。 5.根据权利要求1所述的透明液体环境中对称空泡动力学的探测装置，其特征在于，所述探测光束激光器(1)采用光强分布为高斯分布的He-Ne激光器。 6.根据权利要求5所述的透明液体环境中对称空泡动力学的探测装置，其特征在于，所述He-Ne激光器的波长为632.8nm，光斑直径为2mm。 7.基于权利要求1至6任意一项所述透明液体环境中对称空泡动力学的探测装置的探测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、利用扩束镜(2)将探测光束激光器(1)产生的探测光束扩束m倍；步骤2、调节各光学器件使探测光束激光器(1)、扩束镜(2)、第一柱面凹透镜(3)、可调光学狭缝(4)、第一柱面凸透镜(5)、矩形光阑(6)、第二柱面凹透镜(7)、第二柱面凸透镜(8)、等间距矩形光阑(9)、第三柱面凸透镜(10)、第三柱面凹透镜(11)、第四柱面凹透镜(12)同轴等高，并将可调光学狭缝(4)调节至缝隙最大；步骤3、调节第一柱面凹透镜(3)和第一柱面凸透镜(5)的间距，使经过第一柱面凸透镜(5)的探测光束为平行光束，同时使第一柱面凹透镜(3)和第一柱面凸透镜(5)的组合对光束在第一柱面凹透镜(3)和第一柱面凸透镜(5)的屈光力子午线所在方向上的扩束作用不小于10倍；步骤4、缩小可调光学狭缝(4)的缝隙宽度，直至通过可调光学狭缝(4)后到达第一柱面凸透镜(5)的探测光束不超出第一柱面凸透镜(5)的有效聚焦面，由此将通过矩形光阑(6)的探测光束调节为光强分布均匀的“一字型”光束；步骤5、调节第二柱面凹透镜(7)和第二柱面凸透镜(8)的间距，使经过第二柱面凸透镜(8)的光束在第二柱面凹透镜(7)和第二柱面凸透镜(8)的屈光力子午线所在方向上进行扩束，直至扩束后的探测光束覆盖等间距矩形光阑(9)的所有矩形光阑，由此将通过等间距矩形光阑(9)的探测光束调节为光强分布均匀的排状平行探测光束；步骤6、调节第三柱面凸透镜(10)和第三柱面凹透镜(11)的间距，使经过第三柱面凹透镜(11)的排状平行探测光束依然为平行光，且保证排状平行探测光束的探测区域宽度l大于被测对称空泡的轴向最大直径；步骤7、调节对探测光束进行聚焦的透镜组(13)和带干涉滤波片的光电探测器组(14)的位置，使经第四柱面凹透镜(12)扩散的每一束探测光分别聚焦到带干涉滤波片的光电探测器组(14)中对应的光电探测器上，并使得示波器组(15)得到的每一个信号电压均最大，分别记为Vi(max)，i＝1,2,…,n；步骤8、完全遮挡住探测光束，记录此时示波器组(15)上得到的信号电压，分别记为Vi(min)；步骤9、利用空泡产生装置在设有能透射探测光窗口的盛有透明液体的容器(16)内产生被测对称空泡(17)，并确保所述排状平行探测光束的中心经过被测对称空泡(17)产生位置，且被测对称空泡(17)的对称轴与可调光学狭缝(4)的缝隙中线同向，记录此时示波器组(15)中显示的电信号波形，分别记为Vi(t)；步骤10、以被测对称空泡(17)产生位置为坐标原点o，被测对称空泡(17)的对称轴为x轴，矩形光阑(6)的长对称轴为y轴，建立探测区域的xoy平面内各探测点由被测对称空泡(17)引起的空间变化关系，通过分析该空间变化关系，即可得到探测区域内对称空泡的动力学行为。 8.根据权利要求7所述的透明液体环境中对称空泡动力学的探测方法，其特征在于，步骤1所述m大于等于6。 9.根据权利要求7所述的透明液体环境中对称空泡动力学的探测方法，其特征在于，步骤10所述探测区域的xoy平面内各探测点由被测对称空泡(17)引起的空间变化关系的公式为：式中，f(xi)为空泡泡壁在y轴上的坐标Y随时间的变化关系，xi为第i个探测点的横坐标，w、h分别为等间距矩形光阑(9)中每一个矩形光阑的宽度、长度，s为相邻两个矩形光阑的间距，l为排状平行探测光束的探测区域宽度。
所属类别：	发明专利