一種同時測量多種組分信息的平面雷射誘導螢光成像測量方法
2023-05-14 13:34:31
專利名稱：一種同時測量多種組分信息的平面雷射誘導螢光成像測量方法
技術領域：
本發明涉及能源動カ及光電子學領域，具體涉及ー種同時測量兩種及兩種以上的組分的平面雷射誘導螢光成像測量方法。
背景技術：
近年來，隨著節能減排與新的航空航天推進技術發展的需求，對燃燒機理、新的燃燒技術、流體力學和空氣動力學的研究成為能源動カ領域的研究熱點。而上述領域的研究， 都離不開高靈敏、高精度的診斷技木。始於20世紀的平面雷射誘導螢光成像(PLIF)診斷技術是上述研究領域不可或缺的測量手段，目前已廣泛用於各種流場和燃燒過程的診斷中。但是，現有的PLIF成像診斷技術僅能給出某一種組分的信息，然而實際的流場和燃燒過程非常複雜，包含了很多種組分，而且其過程是不可複製的，及不同時刻的組分信息是不同的。因此，如何同時獲得流場和燃燒過程中多種組分信息，對於再現實際的流場和燃燒過程及上述領域的研究是十分關鍵的，這也是制約能源動カ相關領域發展的瓶頸。基於此，我們發明了一種能夠同時測量兩種組分信息的PLIF診斷方法，它將有可能推動能源動カ相關領域的發展。
發明內容
本發明為了解決現有方法只能測量ー種組分，而不能完全反應流場和燃燒過程的缺陷，提出了一種同時測量多種組分信息的平面雷射誘導螢光成像測量方法。本發明的一種同時測量多種組分信息的平面雷射誘導螢光成像測量方法的步驟為步驟ー將由η臺雷射器產生的雷射進行合束變成一束雷射，然後通過片狀光束整形系統進行光束整形，使之成為片狀雷射；步驟ニ用整形後的片狀雷射激發目標火焰中指定目標區域的組分信息，產生η個不同波長的螢光；依次通過聚焦透鏡和光柵將所述η個不同波長的螢光從空間上分開，分別成像於面陣ICXD接收面的η個不同區域，形成η個圖像；步驟三面陣IC⑶將接收到的η個圖像傳輸到計算機進行處理分析後會同時獲得η種組分的空間分布信息。本發明解決不能同時對兩種及多種組分進行雷射誘導螢光成像的難題。本發明的有益效果當具有η種波長的雷射共振激發自由基時會產生η種不同波長的螢光，通過聚焦透鏡和光柵分成η束光，分別投射到面陣ICXD的不同區域，再經過計算機進行處理分析後會同時獲得η種組分的空間分布信息。本發明可以同時獲得流場和燃燒場中的多種組分的信息，提高了現有PLIF診斷技術一次測量的組分信息，為分析燃燒學、流體力學、空氣動力學和燃燒技術的研究提供了有力保障。本發明可廣泛應用於各種流場和燃燒過程的診斷，為燃燒學、流體力學以及燃燒技術的研究提供基礎數據。
圖I是本發明的同時測量多種組分信息的平面雷射誘導螢光成像測量方法的測量示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖I說明本實施方式，本實施方式的步驟為步驟ー將由η臺雷射器I產生的雷射進行合束變成一束雷射，然後通過片狀光束整形系統6進行光束整形，使之成為片狀雷射；、
步驟ニ用整形後的片狀雷射激發目標火焰中指定目標區域的組分信息，產生η個不同波長的螢光；依次通過聚焦透鏡8和光柵5將所述η個不同波長的螢光從空間上分開，分別成像於面陣ICCD4接收面的η個不同區域，形成η個圖像；步驟三面陣ICXD4將接收到的η個圖像傳輸到計算機進行處理分析後會同時獲得η種組分的空間分布信息。其中計算機的處理分析採用的軟體為Spiricon公司的LBA-712PC-D 軟體。本實施方式中的目標火焰是通過燃燒器7燃燒甲烷、こ烷、丙烷、こ醇、汽油、煤油等碳氫燃料形成的火焰。
具體實施方式
ニ 本實施方式與具體實施方式
一不同點在於步驟一中所述的雷射器I輸出的單脈衝能量為l-30mj，脈衝寬度為10ns，重頻為IO-IOkHz。其它組成和連接方式與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結合圖I說明本實施方式，本實施方式與上述具體實施方式
不同點在於步驟一中通過η個反射鏡2將由η臺雷射器I產生的雷射進行合束變成一束雷射。其它組成和連接方式與上述具體實施方式
相同。
具體實施方式
四本實施方式與上述具體實施方式
不同點在於步驟一中所述的片狀雷射的尺寸大於20mmX10mm。其它組成和連接方式與上述具體實施方式
相同。
具體實施方式
五結合圖I說明本實施方式，本實施方式與上述具體實施方式
不同點在於片狀雷射通過光路反射鏡3改變其光路從而激發目標火焰中指定目標區域。其它組成和連接方式與上述具體實施方式
相同。
具體實施方式
六本實施方式與上述具體實施方式
不同點在於步驟ニ中所述的聚焦透鏡8是長焦透鏡，其焦距在O. 5-3m之間。其它組成和連接方式與上述具體實施方式
相同。
具體實施方式
七本實施方式與上述具體實施方式
不同點在於步驟ニ中所述光柵5為透射式光柵，光柵常數的倒數大於1200/mm。其它組成和連接方式與上述具體實施方式
相同。
具體實施方式
八本實施方式與上述具體實施方式
不同點在於步驟ニ中所述的面陣ICXD4的有效接收靶面大於12mmX 12mm，解析度大於256X256。其它組成和連接方式與上述具體實施方式
相同。
具體實施方式
九結合圖I說明本實施方式，本實施方式與上述具體實施方式
不同點在於目標區域到聚焦透鏡8的距離I與面陣ICXD4接收面到聚焦透鏡8的距離I'滿足如下條件-
權利要求
1.一種同時測量多種組分信息的平面雷射誘導螢光成像測量方法，其特徵在於它包括步驟一將由η臺雷射器(I)產生的雷射進行合束變成一束雷射，然後通過片狀光束整形系統(6)進行光束整形，使之成為片狀雷射；步驟二 用整形後的片狀雷射激發目標火焰中指定目標區域的組分信息，產生η個不同波長的螢光；依次通過聚焦透鏡(8)和光柵(5)將所述η個不同波長的螢光從空間上分開，分別成像於面陣ICCD (4)接收面的η個不同區域，形成η個圖像；步驟三面陣ICCD(4)將接收到的η個圖像傳輸到計算機進行處理分析後會同時獲得 η種組分的空間分布信息。
2.根據權利要求I所述的一種同時測量多種組分信息的平面雷射誘導螢光成像測量方法，其特徵在於步驟一中所述的雷射器(I)輸出的單脈衝能量為l_30mj，脈衝寬度為 10ns，重頻為 IO-IOkHz。
3.根據權利要求I或2所述的一種同時測量多種組分信息的平面雷射誘導螢光成像測量方法，其特徵在於步驟一中通過η個反射鏡(2)將由η臺雷射器(I)產生的雷射進行合束變成一束雷射。
4.根據權利要求3所述的一種同時測量多種組分信息的平面雷射誘導螢光成像測量方法，其特徵在於步驟一中所述的片狀雷射的尺寸大於20mmX 10mm。
5.根據權利要求1、2或4所述的一種同時測量多種組分信息的平面雷射誘導螢光成像測量方法，其特徵在於片狀雷射通過光路反射鏡(3)改變其光路從而激發目標火焰中指定目標區域。
6.根據權利要求5所述的一種同時測量多種組分信息的平面雷射誘導螢光成像測量方法，其特徵在於步驟二中所述的聚焦透鏡(8)是長焦透鏡，其焦距在O. 5-3m之間。
7.根據權利要求5所述的一種同時測量多種組分信息的平面雷射誘導螢光成像測量方法，其特徵在於步驟二中所述光柵(5)為透射式光柵，光柵常數的倒數大於1200/mm。
8.根據權利要求5所述的一種同時測量多種組分信息的平面雷射誘導螢光成像測量方法，其特徵在於步驟二中所述的面陣ICCD (4)的有效接收靶面大於12mmX 12mm，解析度大於 256X256。
9.根據權利要求6、7或8所述的一種同時測量多種組分信息的平面雷射誘導螢光成像測量方法，其特徵在於目標區域到聚焦透鏡(8)的距離I與面陣ICXD (4)接收面到聚焦透鏡(8)的距離Γ滿足如下條件
全文摘要
一種同時測量多種組分信息的平面雷射誘導螢光成像測量方法。它涉及能源動力及光電子學領域，它解決了現有方法只能測量一種組分，而不能完全反應流場和燃燒過程的缺陷。其步驟將由n臺雷射器產生的雷射進行合束變成一束雷射，然後通過片狀光束整形系統進行光束整形，用整形後的片狀雷射激發目標火焰中指定目標區域的組分信息，產生n個不同波長的螢光；依次通過聚焦透鏡和光柵將n個不同波長的螢光從空間上分開，分別成像於面陣ICCD接收面的n個不同區域，收到的n個圖像傳輸到計算機進行處理分析後會同時獲得n種組分的空間分布信息。本發明可廣泛應用於各種流場和燃燒過程的診斷，為燃燒學、流體力學以及燃燒技術的研究提供基礎數據。
文檔編號G01N21/64GK102706851SQ20121021837
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月28日 優先權日2012年6月28日
發明者於楊, 于欣, 彭江波, 李旭東, 李曉暉, 楊振, 樊榮偉, 董志偉, 賈博陽, 趙永蓬, 陳德應 申請人:哈爾濱工業大學