[發明專利]一種基于二向色分光的激光光線偏折校正裝置

有效

• 申請號: 201710567248.X
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107560738B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 曹章;徐立軍;常劉勇
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01J5/52
• 分類號: G01J5/52;G01J5/58;G01J5/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出一種基于二向色分光的激光光線偏折校正裝置，該方法主要包括以下步驟：紅外激光光源與近紅外激光光源發射出幅值相位均相同的三角波信號，紅外激光經過光纖分束器之后分成兩束，一束作為參考信號I₁，另一束與近紅外激光通過光纖耦合器后經準直器出射，出射光穿過被測火焰后照射到二向色分光片，紅外激光以45度反射角反射到達紅外激光探測器401得到激光信號I₂，而近紅外激光透過分光片被近紅外激光探測器402探測得到激光信號I₃，利用三個激光信號之間的吸收與偏折關系消除激光偏折的影響。本發明結構簡單、操作方便，在燃燒激光診斷領域有重要廣泛的應用前景。

(一)技術領域

本發明涉及一種基于二向色分光的激光光線偏折校正裝置，具體涉及使用二向色分光片實現同時探測同一路徑上的測試光與校準光，利用校準光校正測試光，從而解決激光經過火焰時由于折射造成的光線偏折問題。

(二)背景技術

燃燒的有效診斷對于工業安全生產、節能減排、科學研究等各個方面都有著非常重要的作用，例如，對航空發動機燃燒室內溫度場和燃氣組分進行有效的在線監測，不僅可以為航空發動機燃燒室的設計提供有效的參考依據，也可以利用所得測量數據對航空發動機燃燒室的理論模型進行驗證和修正。對燃燒參數的測量方法主要可以分為接觸式和非接觸式兩類，常見接觸式有熱電偶測溫法、燃氣分析儀等，非接觸式主要包括聲學法、光譜法等。接觸式測量方法響應慢，會對流場造成影響，此外，隨著燃燒技術的發展，火焰溫度越來越高使得接觸式測量方法已經不能滿足實際過程的需求；聲學法受到燃燒場內顆粒、氣流干擾因素影響較大，抗干擾能力較差；相比之下，激光診斷技術由于不與被測介質接觸、響應速度快等優點而得到廣泛的應用。近幾年，激光誘導熒光法(LIF，Laser InducedFluorescence)、相干反斯托克斯拉曼散射光譜法(CARS，Coherent Anti-stokes RamanSpectroscopy)、激光吸收光譜法(LAS，Laser Absorption Spectroscopy)等光學診斷技術被廣泛應用到燃燒火焰溫度、燃氣組分等參數的測量。其中，激光吸收光譜法具有結構簡單、測量速度快、測量精度高、可靠性高等優點，在燃燒診斷領域具有廣泛的應用前景。

激光吸收光譜法測量溫度原理是：利用鋸齒波信號調制可調諧激光二極管輸出激光，使之掃過整個吸收線型，激光經過火焰首先被特定分子吸收然后到達探測器光敏面得到光強信息。數據處理時，通過積分整個吸收線型得到積分吸收率，進而計算出溫度與氣體濃度。因此，能否精確獲得經過火焰之后的光強信息是激光吸收光譜法的關鍵。火焰反應區為高溫區，其內部組分及其密度在不斷發生變化，因此折射率隨時間發生不規則的變化，使用激光吸收光譜法測量火焰內部參數時，激光會發生光線偏折效應，導致到達探測器光敏面的激光光點不斷的晃動，探測器探測到的光強信號隨時間發生不規則的變化，對測量結果造成嚴重的影響。當測量航空發動機旋流火焰等脈動強烈的火焰時，火焰內部組分密度變化更為劇烈，導致光強信號變化嚴重，甚至致使測量無法進行。