(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210759797.8 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 中国船舶重 工集团公司第七0七研 究所 地址 300131 天津市红桥区丁字沽一 号路 268号 (72)发明人 王建龙　董丽红　赵小明　高洪宇　 娄癸阳　赵丙权　 (74)专利代理 机构 天津盛理知识产权代理有限 公司 12209 专利代理师 王雨晴 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/21(2006.01) G01N 21/84(2006.01) (54)发明名称 用于碱金属气室多参数测量的阵列式原位 检测系统及方法 (57)摘要 本发明涉及一种用于碱金属气室多参数测 量的阵列式原位检测系统及方法， 包括： 依次连 接的激光器、 扩束光路、 扩散片激光匀化光路、 双 微透镜阵列匀光光路、 起偏器、 被测碱金属气室、 衰减片和CCD成像系统； 所述激光器出射光束先 经扩束光路进行扩束， 接着经扩散片激光匀化光 路对光束进行初步的匀化处理， 再经双微透镜阵 列匀光光路， 使其出射光束为均匀的光束阵列； 出射的光束阵列经起偏器进行起偏， 使其为偏振 度较高的线偏 振激光； 然后入射到被测碱金属气 室， 出射后光束经由预设衰减率的衰减片进行衰 减， 以防止后端的CCD成像系统饱和， 衰减后阵列 光束进入后端的CCD成像系统。 本发明能够实现 对原子气室不同位置的多个参数进行同步原位 测试， 且测试 结果更加准确、 可靠 。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115078258 A 2022.09.20 CN 115078258 A 1.一种用于碱金属气室多参数测量的阵列式原位检测系统， 其特征在于： 包括： 依次连 接的激光器、 扩束光路、 扩散片 激光匀化光路、 双微透镜阵列匀光光路、 起偏 器、 被测碱金属 气室、 衰减片和C CD成像系统； 所述激光器出射光束先经扩束光路进行扩束， 接着经扩散片激光匀化光路对光束进行 初步的匀化处理， 再经双微透镜阵列匀光光路， 使其出射光束为均匀的光束阵列； 出射的光 束阵列经起偏 器进行起偏， 使其为偏振度较高的线偏振激光； 然后入射到被测碱金属气室， 出射后光束 经由预设衰减率的衰减片进 行衰减， 以防止后端的CCD成像系统饱和， 衰减后阵 列光束进入后端的C CD成像系统。 2.根据权利要求1所述的一种用于碱金属气室多参数测量的阵列式原位检测系统， 其 特征在于： 在测量过程中通过调谐激光器波长， 使入射激光束的波长与被测碱金属原子气 室内的碱金属原子谱线共 振。 3.根据权利要求1所述的一种用于碱金属气室多参数测量的阵列式原位检测系统， 其 特征在于： 所述扩束光路由两个焦距 不同的透镜组成， 并且两透镜的焦点重合， 焦距小的透 镜为入射透 镜， 焦距大的透 镜为出射透 镜。 4.根据权利要求1所述的一种用于碱金属气室多参数测量的阵列式原位检测系统， 其 特征在于： 所述扩散片激光匀 化光路由一个扩散片和两个参数相同的聚焦透镜组成， 两个 聚焦透镜的焦点重合， 扩散片位于两个透镜中间的焦点位置； 激光束入射后在第一个聚焦 透镜上聚焦， 扩散片在聚焦透镜的焦面上， 经扩散片对光束进 行匀化后， 再经后端聚焦透镜 准直输出。 5.根据权利要求1所述的一种用于碱金属气室多参数测量的阵列式原位检测系统， 其 特征在于： 所述双微透镜阵列匀光光路由两片规格参数相 近的微透镜阵列光束组成； 激光 经扩束准直， 以及初步匀化后， 平行入射双微透镜阵列匀光光路， 出射光束为均匀的光束阵 列。 6.根据权利要求1所述的一种用于碱金属气室多参数测量的阵列式原位检测系统， 其 特征在于： 所述碱金属气室后端衰减片的衰减比选择应根据实际入射光束功率、 碱金属气 室温度来进行选定， 且需保证后端CCD采集系统不至于饱和 。 入射功率越大， 衰减片的衰减 比也越大。 碱金属气室温度越高， 衰减片的衰减比也越高。 7.根据权利要求1所述的一种用于碱金属气室多参数测量的阵列式原位检测系统， 其 特征在于： 所述C CD成像系统采用全帧型 大面阵CCD， 便于全方位接收光束的透射信息 。 8.根据权利要求1所述的一种用于碱金属气室多参数测量的阵列式原位检测系统， 其 特征在于： 所述CCD成像系统的感光面中心和原子气室的被检测面中心要尽可能对齐以及 感光面与碱金属气室被 检测面保持平行。 9.一种用于碱金属气室多参数测量的阵列式原位检测方法， 其特征在于： 包括以下步 骤： 步骤1、 先测试图像灰度与C CD成像系统接收光强之间的对应关系； 步骤2、 在无碱金属原子气室时， 通过选择衰减系数为α 的衰减片， 使得CCD成像系 统不 饱和， 并根据灰度与入射光 强度的线性关系， 通过所成像中光斑面积内的灰度和， 便可得到 阵列光束中各光束的强度， 此即为入射强度： Iki＝k(∑pn)ki/α权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115078258 A 2步骤3、 将碱金属气室放入对应位置， 并调节通过精密方位调节器进行方位调节， 使得 原子气室的被测面中心与C CD光敏面中心基本 重合， 且两个面基本平行； 步骤4、 通过选择合适衰减系数β， 使得CCD成像灰度适中， 并利用步骤2同样的方式计算 光束强度作为各位置的出射强度： Iji＝k(Σpn)ji/β 步骤5、 计算各位置的透射 率： 步骤6、 利用光深法原理和饱和蒸汽压经验公式， 计算得到各位置的原子数密度和温 度。 根据计算得到的温度便可 得到对应的温度梯度。 10.根据权利要求9所述的一种用于碱金属气室多参数测量的阵列式原位检测方法， 其 特征在于： 所述步骤1的具体方法为： 利用单光束激光束以不同光功 率， 分别入射CCD成像系 统， 并记录CCD成像系统光束光斑面积区域内的灰度和。 通过拟合得到灰度与入射光功 率的 线性关系 系数， 即： I＝kΣpi。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115078258 A 3