[發明專利]一種用于定點捕捉火焰自由基熒光強度的測量裝置

有效

• 申請號: 201610007913.5
• 申請日: 2016-01-07
• 公開（公告）號: CN105651747B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 鐘英杰;王根娟;黃其;鄧凱
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務所(普通合伙) 33230
• 代理人: 毛斌

本發明涉及燃燒診斷設備，尤其是一種用于定點捕捉火焰自由基熒光強度的測量裝置。本發明公開了一種定點捕獲火焰自由基熒光強度的測量裝置，包括光線采集單元、光線傳輸單元和感光單元。所述光線采集單元由卡塞格林鏡頭組成；光線傳輸單元包括光纖、準直鏡和濾光片；感光單元包括黑箱、光電倍增管和數據采集器。卡塞格林鏡頭用于定點采集火焰光線；光纖用于傳輸光線；準直鏡使從光纖射出的發散光束轉變成平行光束；濾光片和準直鏡的卡口設置在黑箱的一側壁面上，濾光片位于準直鏡與光電倍增管之間；光電倍增管位于黑箱內，光電倍增管的輸出信號通過管腳線路輸出，并與數據采集器相連接，由數據采集器顯示與處理輸出的電信號。本發明的最大特點在于定點獲得火焰自由基的光強信息。

技術領域

本發明涉及燃燒診斷設備，尤其是一種用于定點捕捉火焰自由基熒光強度的測量裝置。

背景技術

燃料燃燒是動力設備中常見的現象，對燃燒狀況進行深入的研究有助于掌握燃燒特性，從而改進燃燒技術、提高燃燒效率、降低污染物的排放。由于火焰自由基熒光強度在一定程度上可反映火焰溫度、火焰反應區域、自由基基團濃度、熱釋放率等火焰參數信息，所以針對火焰自由基熒光強度的研究具有重大的意義。對火焰自由基熒光強度進行深入研究需要良好的測量手段作為工具，因此，對火焰自由基熒光強度獲取方法進行探索將有助于促進對火焰結構、燃燒特性的認識。

目前國內外關于火焰自由基熒光強度的測量方法，主要集中在利用平面激光誘導熒光（PLIF）、ICCD相機等設備，獲取火焰自由基熒光強度的二維分布圖片，而針對“定點”獲取火焰自由基熒光強度的測量方法仍有空缺。目前國內最小能采集到直徑為3mm球體內的CH基團的光學信號，在某些情況下3mm球體并不足夠小。

發明內容

為了解決現有技術存在采集到的“被測區域”不夠小的問題，本發明提供了一種采樣精度高、用于定點捕捉火焰自由基熒光強度的測量裝置。

本發明中的一種火焰自由基熒光強度的測量裝置，包括光線采集單元、光線傳輸單元和感光單元。其特征在于，光線采集單元由卡塞格林鏡頭組成；光線傳輸單元包括光纖、準直鏡和濾光片；感光單元包括黑箱、光電倍增管和數據采集器。卡塞格林鏡頭用于定點采集火焰光線，后端設有光纖連接端口；光纖的入射端與光纖連接端口相連接，用于傳輸光線；光纖的出射端與準直鏡相連接，準直鏡使發散光束校準成平行光束；濾光片和準直鏡的卡口設置在黑箱的一側壁面上，濾光片用于過濾不同波段的光線；光電倍增管位于黑箱內，用于將光學信號轉換成電信號；濾光片位于準直鏡與光電倍增管之間；光電倍增管的感應視窗朝向濾光片所在一側，與濾光片所在平面相平行；光電倍增管上用于連接輸出信號的管腳位于黑箱的外側；管腳中的相應線路與數據采集器相連接，數據采集器用于顯示與處理光電倍增管輸出的電信號。所述測量裝置，可定點捕獲火焰自由基的熒光強度，可探測波段范圍在紫外至可見光區域內的自由基；火焰被測區域為直徑0.1mm，高0.8mm~1.58mm的圓柱形區域；測量裝置的工作距離為有限距離，范圍在295mm~306mm之間。

作為優選，所述光線采集單元的卡塞格林鏡頭包括主鏡、次鏡和鏡筒，用于定點采集火焰被測區域的光線；所述主鏡用于對入射光束進行反射，主鏡的中心開有通孔、反射面為凹面；所述次鏡對主鏡反射的光束進行二次反射，反射后的光束從通孔處穿出；次鏡的反射面為凸面，所述鏡筒用于固定主鏡和次鏡，鏡筒前端設有用于控制進光量的光闌、后端設有光纖連接端口，主鏡和次鏡同軸，次鏡位于主鏡和被測火焰之間，主鏡的凹面與次鏡的凸面相對。

作為優選，所述卡塞格林鏡頭主鏡曲率半徑為r，通孔直徑過小易遮擋光線、過大易引入雜光，本發明通孔直徑為0.12r~0.14r；次鏡曲率半徑為0.5r~0.6r，主鏡和次鏡的距離為0.45r~0.55r，光闌通光直徑為0.25r~0.3r。所述主鏡的曲率半徑r為300mm~305mm。所述卡塞格林鏡頭尾端設有調節部件，可實現前后、上下、左右六個方向的微調，其中上下、左右的調節范圍在±1mm內。所述卡塞格林鏡頭無色差，可測不同波段的自由基，且球差、慧差小，像點直徑僅為356μm。