真空羽流場對紅外激光特性影響的測試裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術公開了一種真空環境下火箭發動機羽流場對紅外激光傳輸特性影響的測試裝置。它采用紅外面陣攝像機結合光學衰減片及窄帶濾光片采集真空環境下火箭發動機點火前后紅外激光光斑圖像，然后采用離線逐幀進行視頻圖像處理的方法，同時分析羽流場引起的激光能量衰減、指向偏折、光束質量惡化情況，以全面評估真空環境下火箭羽流場對紅外激光傳輸特性的影響。（*該技術在2020年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利涉及光電檢測技術，具體指一種真空羽流場對紅外激光特性影響的測試裝 置，它用于在真空情況下150牛頓以下小推力火箭發動機羽流場對紅外激光特性影響的測試ο
技術介紹
深空探測中，星球著陸器上激光測距敏感器及激光雷達敏感器是保證其順利著陸 的重要測試設備。它們發射出的紅外激光，其傳輸路徑位于火箭助推器附近，由于火箭發動機 燃燒而在激光傳輸路徑中形成一個羽流場，會引起激光光束傳播方向改變、激光能量衰減及 對激光光束質量產生影響，從而影響著陸器與星球的距離及星球著陸區三維形貌的測量。因 此急需了解真空狀態下火箭羽流場三維時空分布對穿越其中的紅外激光的作用及其影響，以 在敏感器系統及著陸器推進系統設計中加以改進，消除可能存在的對安全著陸的影響.本專利針對火箭羽流場可能引起激光測距敏感器及激光雷達敏感器工作的問題， 提出一種真空環境下火箭羽流場對紅外激光傳輸特性的影響的測試裝置，評估羽流場對紅 外激光能量衰減、指向偏折、光束質量的影響，以在激光敏感器設計方案中加以改進，避免 其對著陸器安全著陸的影響。
技術實現思路
本專利的目的是提供一種真空環境下火箭羽流場對紅外激光傳輸特性影響的測 試裝置。該裝置采用紅外面陣攝像機結合光學衰減片及窄帶濾光片采集真空環境下火箭發 動機點火前后紅外激光光斑圖像，然后采用離線逐幀進行視頻圖像處理的方法，同時分析 羽流場引起的激光能量衰減、指向偏折、光束質量惡化情況，以全面評估真空環境下火箭羽 流場對紅外激光傳輸特性的影響。本專利的技術方案是這樣來實現的，火箭發動機固定安裝于真空罐內，真空罐 兩側開有觀察窗，觀察窗中心高度與發動機中軸線高度相等，1064nm連續紅外激光器與 532nm瞄準激光器并行固定安放真空罐外一側，紅外面陣攝像機固定安放真空罐外另一側， 且通過視頻圖像采集卡與計算機相聯接?；鸺l動機點火前，打開532nm瞄準激光器進行 瞄準調節，然后打開1064nm連續激光器，使其紅外光束穿過觀察窗及發動機中軸線被另一 側的紅外面陣攝像機接收。經過光學衰減片及窄帶濾光片組合調節，使攝像機接收紅外光 強接近其飽和值。通過視頻圖像采集卡采集點火前若干時間的激光光斑光強分布圖像。隨 后發動機點火，采集點火后若干時間的激光光斑光強分布圖像。然后離線逐幀進行視頻圖 像處理，采用高斯擬合光強曲面法，同時分析羽流場引起的激光能量衰減、指向偏折、光束 質量，以全面評估真空環境下火箭羽流場對紅外激光傳輸特性的影響。附圖說明圖1為本專利的原理圖，圖中1——真空罐；2——火箭發動機；3——觀察窗；4——1064nm窄帶濾光片；5——套筒；6——紅外面陣攝像機；7——視頻圖像采集卡； 8——計算機；9——發動機羽流；10——收集罩；11——光學衰減片組；12——1064nm連續 紅外激光器；13532nm瞄準激光器；14——支架。具體實施方式本專利的原理如圖1所示，火箭發動機2固定安裝于真空罐1內，發動機羽流9可 不斷被收集罩10抽走以保證真空罐的真空度。真空罐兩側開有觀察窗3，觀察窗中心高度 與發動機羽流中軸線高度相等，1064nm連續紅外激光器12與532nm瞄準激光器13并行固 定安裝在真空罐外一側的支架14上，紅外面陣攝像機6固定安放真空罐外另一側，且通過 視頻圖像采集卡7與計算機8相聯連?；鸺l動機點火前，打開532nm瞄準激光器進行瞄 準，然后打開1064nm連續激光器，使其紅外光束穿過觀察窗及發動機羽流區中軸線被另一 側的紅外面陣攝像機接收。紅外面陣攝像機前加裝套筒5，套筒前端安裝1064nm窄帶濾光 片4以消除環境光強影響，1064nm連續激光器前安放光學衰減片組11，調整其衰減值，使攝 像機接收紅外光強接近其飽和值。通過視頻圖像采集卡采集點火前若干時間的激光光斑光 強分布圖像。隨后發動機點火，采集點火后若干時間的激光光斑光強分布圖像。然后離線逐幀進行視頻圖像處理，對于每一幀紅外光強圖像，采用二階高斯函數 擬合光強曲面，得到高斯擬合中心點坐標、水平寬度、垂直寬度、中心點光強、高斯曲面相似 度參數。對于所采集的多幀紅外光強圖像采用數學統計方法，得到點火前后高斯擬合中心 點坐標、水平寬度、垂直寬度、中心點光強、高斯曲面相似度參數的平均值，進而同時分析羽 流場引起的激光能量衰減、指向偏折、光束質量，以全面評估真空環境下火箭羽流場對紅外 激光傳輸特性的影響。權利要求一種真空環境下火箭發動機羽流場對紅外激光傳輸特性影響的測試裝置，它包括真空罐(1)、火箭發動機(2)、紅外面陣攝像機(6)、視頻圖像采集卡(7)、計算機(8)、收集罩(10)、1064nm連續紅外激光器(12)以及532nm瞄準激光器(13)，其特征在于火箭發動機(2)固定安裝于真空罐(1)內，發動機羽流(9)可不斷被收集罩(10)抽走以保證真空罐的真空度；真空罐兩側開有觀察窗(3)，觀察窗中心高度與發動機羽流中軸線高度相等；1064nm連續紅外激光器(12)與532nm瞄準激光器(13)并行固定安裝在真空罐外一側的支架(14)上；紅外面陣攝像機(6)固定安放真空罐外另一側，且通過視頻圖像采集卡(7)與計算機(8)相連；所述的紅外面陣攝像機(8)前加裝套筒(5)，套筒前端安裝可以消除環境光強影響的1064nm窄帶濾光片(4)；1064nm連續紅外激光器(12)前安放光學衰減片組(11)，調整其衰減值，使攝像機接收紅外光強接近其飽和值。專利摘要本技術公開了一種真空環境下火箭發動機羽流場對紅外激光傳輸特性影響的測試裝置。它采用紅外面陣攝像機結合光學衰減片及窄帶濾光片采集真空環境下火箭發動機點火前后紅外激光光斑圖像，然后采用離線逐幀進行視頻圖像處理的方法，同時分析羽流場引起的激光能量衰減、指向偏折、光束質量惡化情況，以全面評估真空環境下火箭羽流場對紅外激光傳輸特性的影響。文檔編號G01J1/00GK201637485SQ201020154299公開日2010年11月17日 申請日期2010年4月9日 優先權日2010年4月9日專利技術者萬雄, 王建宇, 舒嶸, 黃庚華 申請人:中國科學院上海技術物理研究所本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種真空環境下火箭發動機羽流場對紅外激光傳輸特性影響的測試裝置，它包括：真空罐（１）、火箭發動機（２）、紅外面陣攝像機（６）、視頻圖像采集卡（７）、計算機（８）、收集罩（１０）、１０６４ｎｍ連續紅外激光器（１２）以及５３２ｎｍ瞄準激光器（１３），其特征在于：火箭發動機（２）固定安裝于真空罐（１）內，發動機羽流（９）可不斷被收集罩（１０）抽走以保證真空罐的真空度；真空罐兩側開有觀察窗（３），觀察窗中心高度與發動機羽流中軸線高度相等；１０６４ｎｍ連續紅外激光器（１２）與５３２ｎｍ瞄準激光器（１３）并行固定安裝在真空罐外一側的支架（１４）上；紅外面陣攝像機（６）固定安放真空罐外另一側，且通過視頻圖像采集卡（７）與計算機（８）相連；所述的紅外面陣攝像機（８）前加裝套筒（５），套筒前端安裝可以消除環境光強影響的１０６４ｎｍ窄帶濾光片（４）；１０６４ｎｍ連續紅外激光器（１２）前安放光學衰減片組（１１），調整其衰減值，使攝像機接收紅外光強接近其飽和值。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：萬雄，舒嶸，黃庚華，王建宇，
申請(專利權)人：中國科學院上海技術物理研究所，
類型：實用新型
國別省市：31[中國|上海]