具体实施方式

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下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-4所示：本发明的一种高频响热流传感器标定装置，包括：

激光器1，其内部设置有非球面透镜组系统，所述非球面透镜组系统包括靠近激光器光源的非球面透镜F1和准直透镜F2；所述激光器1内部配置有大电流的激光器高频驱动板；

4f成像系统2，其设置在所述准直透镜F2激光出射方向上；一级分光模块3，其位置对准4f成像系统2出射端口；二级分光模块4，其位置对准一级分光模块3的一个分光光路；

光电探测器5，其位置对准所述二级分光模块4的一个分光光路；送进平台6，其位置对准所述一级分光模块3另一个分光光路，所述送进平台6通过传感器夹具固定有标准热流传感器和待标定热流传感器；所述二级分光模块4的另一个分光光路上设置有相机7，所述相机7通过线缆连接有测控计算机8；

函数发生器9，其通过线缆分别与所述激光器1和测控计算机8相连；锁相放大器10，其通过线缆分别与所述送进平台6、函数发生器9和测控计算机8相连。

工作原理：所述激光器1产生辐照度为高斯分布的激光束，非球面透镜组系统将辐照度为高斯分布的激光束整形为均匀光束，即激光入射光束首先经过非球面透镜组系统的非球面透镜F1调制后，在准直透镜F2位置得到辐照度均匀分布的近平顶光束。准直透镜F2的作用有两个，一是将得到的较为均匀的近平顶光束准直成平行光，第二个作用是在准直过程中出射光束会有一定的混光效果，在特定的工作距离处(准直透镜F2的BFL)，近平顶光会进一步匀化得到满足不均匀度指标的平顶光。为了满足激光器能在1MHz的驱动频率下达到2W的输出功率，为其配备了大电流的高频驱动板，其中电流可达3A以上，驱动板频率为1MHz，确保了激光器能输出1MHz的2W功率；光束从激光器1出来后，先后进入所述的4f成像系统2、一级分光模块3、二级分光模块4、送进平台6、相机7和光电探测器5；4f成像系统2用于对光束进行二次匀化光束直径的扩束和缩束，使光束的最终不均匀度和光斑大小满足使用要求。一级分光模块3使绝大部分光能量进入送进平台6上的标准热流传感器和待标定热流传感器，极小一部分光进入二级分光模块4；二级分光模块4使一部分光能量进入相机7，另一部分进入光电探测器5。一级分光模块3和二级分光模块4的分光比例需根据主光路和分光路的光束接收仪的响应灵敏度具体设计，进入送进平台6方向的光束为主光路，进入相机7和光电探测器5的光束为分光路，根据分光路光束接收仪响应灵敏度的安全阈值，调整一级分光模块和二级分光模块的分光比例，既要保证光束接收仪能检测到分光路的弱光辐照，又需要确保光束接收仪不被激光烧坏。送进平台6用于夹持安装标准热流传感器和待标定热流传感器，标定时可移动标准热流传感器和待标定热流传感器的具体位置来对准激光束。相机7用于检测光束的不均匀度。光电探测器5用于同步监测光束的高频动态辐照波形。函数发生器9用于给激光器1的高频驱动板提供高频信号源，同时给锁相放大器10提供参考的基准信号。锁相放大器10用于获取待标定热流传感器的微弱输出高频信号，支持待标定热流传感器频响特性的评估，包括幅值-频率和相位-频率响应检测。测控计算机8分别与激光器1、送进平台6、标准热流传感器、待标定热流传感器、相机7、光电探测器5、锁相放大器10和函数发生器9相连，用于控制激光器1的光束输出和送进平台6的移动以及采集相机7、光电探测器5、标准热流传感器和待标定热流传感器的输出信号。本发明提供的高频响热流传感器标定装置，最高激光热源频率进而达1MHz，最快响应时间小于100ns，填补了国内高速动态热流传感器标定与检测的空白。

在上述技术方案中，所述激光器1为内含大电流的1MHz驱动板的2W光纤激光器，在光纤光源到光纤头这一传输路径上使用非球面透镜组系统开展匀化，光束从光纤头出来的光已经存在一个满足均匀性指标的激光波面；

所述一级分光模块3和二级分光模块4为分光透镜。

在上述技术方案中，所述送进平台6的结构包括：

固定底座11，其上固定设置有三个平行的纵向导轨12；所述纵向导轨12上滑动设置有滑块Ⅰ13，所述滑块Ⅰ13上一体成型设置有横向导轨14；滑块Ⅱ15，其滑动设置在所述横向导轨14上，且滑块Ⅱ15上固定设置有两个传感器夹具16，分别用于固定标准热流传感器和待标定热流传感器；

步进电机Ⅰ17，其固定设置在所述固定底座11一侧，所述步进电机Ⅰ17的输出轴固定连接有丝杆Ⅰ18，所述滑块Ⅰ13中固定设置有滚珠丝母Ⅰ19，且所述滚珠丝母Ⅰ19套设在丝杆Ⅰ18上；

步进电机Ⅱ20，其固定设置在所述横向导轨14一端，所述步进电机Ⅱ20的输出轴固定连接有丝杆Ⅱ21，所述滑块Ⅱ15中固定设置有滚珠丝母Ⅱ22，所述滚珠丝母Ⅱ22套设在丝杆Ⅱ21上。开启步进电机Ⅱ20，步进电机Ⅱ20通过驱动丝杆Ⅱ21转动，使滑块Ⅱ15沿横向导轨14发生横向运动，即可将夹持在传感器夹具16上的标准热流传感器或待标定热流传感器对准一级分光模块5的主光路；同时，通过开启步进电机Ⅰ17，步进电机Ⅰ17驱动丝杆Ⅰ18转动，使滑块Ⅰ13沿纵向导轨13纵向运动，可对标准热流传感器和待标定热流传感器进行纵向位置的调节。

在上述技术方案中，所述4f成像系统包括通过支架固定的透镜ⅠF3和透镜Ⅱ，其中透镜ⅠF3位于所述透镜ⅡF4和激光器之间，如图4所示，A为已经满足匀化指标的均匀光斑，通过由透镜ⅠF3和透镜ⅡF4组成的实焦点4f系统就2可将这一均匀光斑面传递到指定距离处形成较小的同样满足匀化指标的光斑B。

一种高频响热流传感器标定方法，包括以下步骤：

步骤一、将标准热流传感器和待标定热流传感器安装到送进平台6上，检查所有水路连接和线路连接，确认没问题后打开光纤激光器1；

步骤二、检查相机7采集到的光束分布数据，若光束分布满足不均匀度小于3％，则进行步骤三，否则需调节光路系统；

步骤三、开展稳态标定：将标准热流传感器对准一级分光模块3的主光路，用标准热流传感器检测光斑辐照度，即热流密度，调节光纤激光器1为稳态输出，且功率为合适值P，此时标准热流传感器测得热流密度为q_std；暂时关闭光纤激光器1，将待标定热流传感器对一级分光模块3的主光路，再设定光纤激光器1使光纤激光器功率值与辐照标准热流传感器时的功率值相同，即将光纤激光器功率值再次设定为P，且也为稳态输出，然后打开光纤激光器1，获得待标传感器的热电势输出U_test；

步骤四、重复步骤三5次，激光器每次按需设置不同的功率值，则依次可得到X＝{0，U_test1，U_test2，U_test3，U_test4，U_test5}，Y＝{0，q_std1，q_std2，q_std3，q_std4，q_std5}，然后将X的值作为自变量，Y的值作为因变量，进行线性拟合，拟合后的斜率值η即为待标定热流传感器的灵敏度系数；标定某Schmidit-Boelter热流传感器时得到：X＝{0，0.1426，0.1827，0.228，0.2776，0.336}，单位为mV；Y＝{0，31.2465，39.738，49.839，60.606，72.6459}，单位为kW/m²,则对其线性拟合可得到待标定热流传感器灵敏度系数为217.53kW/m²/mV；

步骤五、开展频响分析：从步骤四中5个不同功率值中任选一个参考功率p_i，对应待标定热流传感器的测量热流为q_testi，设定光纤激光器1的频率初始值为f₀，波形为正弦波，功率为p_i，采集待标定热流传感器的输出幅度值若小于可接受误差ε，则将频率继续增加，一般每次都放大10倍，直至找到满足与接受误差ε的最大频率f_max；通过设置函数发生器9输出具有正基偏的正弦信号驱动光纤激光器1，从而获得同一频率下的正弦激光入射热流波形，实现检测待标定热流传感器频响特性功能，具体过程包括：首先设置函数发生器初始低频f₀正基偏正弦信号，通常不大于待标定热流传感器预估计截止频率千分之一，或针对高频传感器可以设为100Hz，驱动光纤激光器1，由锁相放大器10同步检测函数发生器9输出信号和待标定热流传感器输出信号，获得待标定热流传感器的正弦信号幅值V₀；仅逐步增加函数发生器输出频率f_i(i＝1，2,3，…)，通过锁相放大器检测出热流传感器输出信号正弦幅值根据下式确定出热流传感器的截止频率：

从而检测出热流传感器热流测试频响范围。

综上所述，本发明提供的高频响热流传感器标定装置，采用内含大电流的1MHz驱动版的2W光纤激光器，并运用4f系统对均匀激光波面传递与整形，得到了稳定、均匀、连续可调的高频响激光热源，在此光源基础上采用比对标定的方法实现了对1MHz以内的高频响热流传感器的标定与检测。

在上述技术方案中，所述步骤三中将标准热流传感器或待标定热流传感器对准一级分光模块的主光路的方法为：开启步进电机Ⅱ20，步进电机Ⅱ20通过驱动丝杆Ⅱ21转动，使滑块Ⅱ15沿横向导轨14发生横向运动，即可将夹持在传感器夹具16上的标准热流传感器或待标定热流传感器对准一级分光模块5的主光路；同时，通过开启步进电机Ⅰ17，步进电机Ⅰ17驱动丝杆Ⅰ18转动，使滑块Ⅰ13沿纵向导轨13纵向运动，可对标准热流传感器和待标定热流传感器进行纵向位置的调节。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。