[發明專利]基于HF第一泛頻發射光譜的溫度測量方法

無效

• 申請號: 201210295371.8
• 申請日: 2012-08-17
• 公開（公告）號: CN103592052A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 唐書凱;多麗萍;李留成;于海軍;金玉奇;桑鳳亭
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

技術領域

本發明屬于HF化學激光器超音速流場的溫度測量技術領域，用于HF化學激光體系和含有HF高振動態（振動能級V≥2）的其他體系的溫度測量。

背景技術

HF化學激光是目前最成功的兩大化學激光之一。HF化學激光的受激輻射發生在HF分子的振-轉激發態上，主流的燃燒驅動HF化學激光采用燃燒法熱解產生F原子，生成的F原子經超音速噴管降溫和加速后與H2反應生成振動激發態的HF分子（V=1-3），通常在V=1和2的一些轉動能級上產生粒子數反轉。選擇適當的耦合輸出腔鏡，即可實現V=1→0和V=2→1的多譜線基頻HF激光輸出，有時也有很少的V=3→2激射輸出，輸出波長在2.6um-3.0um之間。

在四十多年的發展歷程中，HF化學激光的研究方向主要集中在功率的不斷提高和規模的不斷放大上，而對HF化學激光的全方位、深入的了解遠遠不夠。由于追求裝置放大的工程化和測試，過去二十幾年內在實驗上和理論上都忽略了詳細的態-態動力學研究，1982年后HF化學激光的化學動力學數據沒有明顯的改變，而這些化學動力學數據對于研究HF化學激光是遠遠不夠的，測試診斷技術也沒有較大的進展。

HF化學激光的小型化和實用化需要激光器總體性能的進一步提高，這就需要對其內部機理進行更加深入的了解，并結合CFD軟件的模擬計算進行不斷的優化設計。從模擬計算的角度看，HF各振動能級的生成和猝滅過程的速率常數與溫度密切相關；從實驗研究的角度看，燃燒驅動HF化學激光涉及到燃燒室的高溫過程（大約1000-2000K）、超音速噴管出口的低溫區（低于常溫）、以及由于H2加入后與F原子反應的強放熱過程和超音速區下游由于馬赫數降低的溫度回升過程，所以流場溫度分布極其復雜。加H₂下游流場溫度與HF振動激發態的生成和猝滅，以及振動態內部的轉動分布直接相關，所以不論是模擬計算、實驗研究還是計算結果與實驗結果的印證，加H₂下游流場溫度分布都是深入研究HF化學激光的一個重要參數。

HF化學激光通常在超音速條件下運轉，常規的介入式溫度測試方法對超音速流場有嚴重的影響，不適合HF化學激光流場的溫度測試。國防科大在吸收法測HF/DF化學激光流場溫度方面進行了嘗試，由于吸收截面較低、自發輻射背景強等原因，吸收法不僅需要特殊的激光光源，同時還需要目標粒子有足夠大的吸收截面才有可能實現；利用單線吸收線寬計算溫度，其精度也不會太高。通過大量查閱國內外文獻，沒有發現其他簡單有效的HF化學激光溫度測試方法。本發明基于HF第一泛頻發射光譜的強度分布，建立一種準確和簡便的HF化學激光流場溫度測試方法，可以用于HF化學激光體系和含有HF振動態（振動能級V≥2）的其他體系的溫度測量。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足之處，本發明要解決的技術問題是提供一種基于HF第一泛頻發射光譜的溫度測量方法，用于解決HF化學激光器超音速流場的溫度測量問題。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種基于HF第一泛頻發射光譜的溫度測量方法，對HF第一泛頻發射光譜信號進行測量，得到HF第一泛頻發射光譜的振-轉強度分布數據；對該分布數據進行數值擬合，得到溫度數據。

所述HF第一泛頻發射光譜的振-轉強度分布公式為

I=abchvAN0(2J+1)e-hCEaKT]]>

其中，I-譜線強度；a-光電轉化系數；b-近紅外光線的收集傳輸系統對波長的響應系數；c-近紅外光譜儀探頭對波長的響應系數；h-普朗克常數；v-譜線頻率；A-愛因斯坦系數A；N₀-轉動態J＝0的粒子數；J-轉動量子數；C-光速；E_a-轉動態為J的能量；K-玻爾茲曼常數，T-溫度。