一种微火工品等离子体折射率三维分布测试装置的制作方法

本发明属于微火工品参数测量技术领域，更具体的，涉及一种微火工品等离子体折射率三维分布测试装置。

背景技术：

微火工品在近年来得到了快速的发展，其中桥丝火工品、半导体桥火工品和mems火工品等作为微火工品的典型代表，已经在汽车安全气囊、矿山开采及建筑工地等民用领域被广泛应用。微火工品中电能转换为热能伴随产生的等离子体，其折射率参数可以反演出火工品的发火能量及其分布状态。因此，通过准确测量微火工品等离子体折射率三维分布，可以有助于进一步优化桥区结构、桥区材料、及制作工艺等。

为了准确评判微火工品的发火性能，除了要求得到最大发火能量外，科研工作者还希望呈现出整个发火区域能量分布状态，因此需要实对微火工品等离子体折射率进行三维分布的测试，现有的测试方法有：高速摄影法、干涉法、探针法、光谱法、光线偏折法（包括阴影法和纹影法）等。干涉法作为非接触测试的首选方法，其中传统干涉法的实验平台搭建复杂且不可控，测试的成本花费高，在图像处理的过程中受限制于采集到干涉图像的质量，每次实验之后都要进行系统的调整，相当的麻烦，并且不能控制干涉图的质量，测试结果的准确性无法保证。其他的测量方法都有其自身的限制，无法准确测量得到微火工品等离子体的参数，不能实现等离子体的三维分布测试，无法得知微火工品通电后产生的火花是否满足点火需求。

技术实现要素：

针对现有技术存在的无法准确测量得到微火工品等离子体的参数，不能实现等离子体折射率的三维分布测试，无法得知微火工品通电后产生的火花是否满足点火需求的问题，本发明提供了一种微火工品等离子体折射率三维分布测试装置。

为了达到本发明的目，本发明提供了一种微火工品等离子体折射率三维分布测试装置，包括光纤耦合激光器，光纤隔离器，可调分光比y型光纤分束器，1×4光纤分束器，光纤准直系统，光纤准直器，掺铒光纤放大器，光纤衰减器，1×4光纤分束器，50/50y型光纤耦合器，信号采集处理模块，示波器和pc端数据处理模块，所述光纤耦合激光器产生的单色光经过光纤隔离器，通过可调分光比y型光纤分束器，得到两束功率不相等的激光束，低功率的激光作为参考光束，所述参考光束与测量光束组成八路光束的等效光程全部相等；

其中高功率的激光作为测量光束，进入1×4光纤分束器将一束光分成四路，分别进入光纤准直系统，光纤准直系统按照“米”字型进行排列分布，其中间放置微火工品，四束光穿过微火工品（作为等离子体产生源）后，分别送入四个掺铒光纤放大器，传输至四个50/50y型光纤耦合器的输入端进行耦合；

其中低功率的激光作为参考光束，通过光纤衰减器后进入1×4光纤分束器，一束光分成四路送至四个50/50y型光纤耦合器的输入端进行耦合；

所述信号采集处理模块的输入端连接至所述50/50y型光纤耦合器的输出端，信号采集处理模块经示波器连接数据处理模块。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明使用光纤作为激光的载体，可以大大增加测量结果的准确性，避免了每次实验调校系统，通过“米”字型的光纤准直系统和所有测量光束和参考光束的等效光程相等的限制条件，使得结果准确的反应了微火工品等离子体的三维分布。该测试方法可以准确得到微火工品等离子体的三维分布。具有测量成本低、测量过程简单、测量准确度高等特点，并且测量过程中光的干涉质量可以通过光纤衰减器和掺铒光纤放大器进行调控。

附图说明

图1是本发明提供的微火工品等离子体折射率三维分布测试装置的结构示意图；

图中：1为光纤耦合激光器，2为光纤隔离器，3为可调分光比y型光纤分束器，4为1×4光纤分束器，5为光纤准直系统，6为光纤准直器，7为掺铒光纤放大器，8为光纤衰减器，9为1×4光纤分束器，10为50/50y型光纤耦合器，11为信号采集处理模块，12为示波器，13为pc端数据处理模块。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段和自身特点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行详细的说明。

本发明的设计思想是：通过限制所有测量光束和参考光束的等效光程相等，测量光束通过“米”字型的光纤准直系统，得到含有微火工品等离子体参数信息的图像，获得等离子体的折射率三维分布。

如图1所示，一种微火工品等离子体折射率三维分布测试装置，包括光纤耦合激光器1，光纤隔离器2，可调分光比y型光纤分束器3，1×4光纤分束器4，光纤准直系统5，光纤准直器6，掺铒光纤放大器7，光纤衰减器8，1×4光纤分束器9，50/50y型光纤耦合器10，信号采集处理模块11，示波器12和pc端数据处理模块13，所述参考光束与测量光束组成八路光束的等效光程全部相等；

所述光纤耦合激光器1产生的单色光经过光纤隔离器2，通过可调分光比y型光纤分束器3，得到两束功率不相等的激光束；光纤隔离器2对系统的回波进行隔离，保证激光器的稳定。

其中高功率的激光作为测量光束，进入1×4光纤分束器4将一束光分成四路，分别进入光纤准直系统5，光纤准直系统5按照“米”字型进行排列分布，其中间放置微火工品，四束光穿过微火工品（作为等离子体产生源）后，分别送入四个掺铒光纤放大器7，传输至四个50/50y型光纤耦合器10的输入端进行耦合；

其中低功率的激光作为参考光束，通过光纤衰减器8后进入1×4光纤分束器9，一束光分成四路送至四个50/50y型光纤耦合器10的输入端进行耦合；

所述信号采集处理模块11的输入端连接至所述50/50y型光纤耦合器10的输出端，信号采集处理模块11经示波器12连接数据处理模块13。

下面通过具体的工作原理，对本发明装置进行详细地说明：本发明中所说的光纤耦合激光器1的波长型号，可根据微火工品等离子体密度数量级进行确定，其中最常用的是1550nm激光器。所说光纤隔离器2对光纤回波反射的光进行隔离，保证激光器的稳定，不受回波影响。可调y型光纤分束器3使得分束后测量光束和参考光束的光功率大小可动态调控，提高干涉质量。1×4光纤分束器4，将一束光分成四路，得到相同功率的测量光。光纤准直系统5按照“米”字型进行排列分布，由四组光纤准直器6组成，保证含有微火工品等离子体三维信息的光束能够被完全采集，最终使得穿过的光束携带微火工品等离子体折射率的三维信息。掺铒光纤放大器7，增强测量光中的光功率，降低光束在光纤准直系统传输的损耗。光纤衰减器8对光纤中的光功率进行微调，减弱参考光中的光功率，保证测量光束和参考光束的光功率相同，提高干涉质量，通过1×4光纤分束器9将参考光分成光功率相同的四路光束，使得到达50/50y型光纤耦合器10的两光路的光功率相同，保证所有测量光束和参考光束的等效光程相等。50/50y型光纤耦合器10对光纤中的两束相同功率的光束进行耦合，得到干涉光。信号采集处理模块11进行干涉信号的分离提取，示波器12获得提取的微火工品等离子体参数信息，也就是对干涉光信号进行光电转换处理并在示波器12进行显示和保存，最终由pc端中的数据处理模块13解算相位移的变化图，得到微火工品等离子体折射率三维分布。