[發明專利]一種基于高頻正弦校準光的激光光線偏折校正裝置及方法

有效

• 申請號: 201710568850.5
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107505063B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 徐立軍;曹章;李芳燕
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00;G01K15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明設計了一種基于高頻正弦校準光的激光光線偏折校正裝置，所用元件包括：紅外可調諧激光光源、可見光激光光源、光纖耦合器、準直器、光電探測器等。該方法包括以下步驟：首先控制激光光源分別輸出高頻正弦波形式和掃描鋸齒波形式的校準光信號和探測光信號；穿過被測溫度區域后，校準光和探測光均受到光線偏折效應的影響產生光強波動；接收端使用寬波段的光電探測器同時檢測校準光和探測光信號。提取正弦校準光的實測振幅變化，獲得光線偏折效應造成的光強波動情況。利用該系數曲線對探測光信號進行修正，剔除光線偏折的影響，僅保留探測光中激光吸收對應的信息，從而實現對光線偏折效應的校正。在激光吸收光譜技術應用中具有重要的使用價值和廣闊的應用前景。

(一)技術領域

本發明涉及一種基于高頻正弦校準光的激光光線偏折校正裝置及方法，具體涉及以高頻正弦波形式輸出校準光信號，以掃描鋸齒波形式輸出探測光信號，通過求取校準光高頻正弦波振幅可以得到由于光線偏折效應導致的光強波動情況，進而對探測光進行修正，最終實現對激光吸收光譜溫度測量過程中遇到的光線偏折問題的校正。

(二)背景技術

燃燒溫度場分布是反映燃燒狀況的主要參數之一，對其進行準確監測，可以為燃燒器的設計提供有效的參考依據，對改善燃燒器的燃燒狀況、提高燃燒效率、降低污染物的排放具有重要意義。然而燃燒過程自身具有瞬態變化、隨機湍流、環境惡劣等特征，這給其溫度場的測量帶來了很大困難。目前常用的燃燒溫度測量方法分為接觸式和非接觸式測量方法，常見接觸式熱電偶測溫法屬于單點測溫，容易干擾流場或受到不良因素影響，且熱電偶具有熱慣性，響應速度較慢，且隨著燃燒室的發展，燃燒室出口燃氣溫度不斷提高，己超過了熱電偶測溫范圍的上限。非接觸式測溫方法主要有聲學測溫法、光輻射測溫法和激光光譜測溫法，其中聲學法測量高動態燃燒室溫度時，高速氣流會對聲波飛行過程產生橫向干擾；而光輻射測溫法在測量溫度場分布時圖像處理過程復雜、計算量大；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快速發展。其中，相干反斯托克斯拉曼散射光譜 (CARS)和平面激光誘導熒光(PLIF)兩種方法盡管測量精度相對較高，但其光學結構非常復雜，信號調節和處理困難，光源功率要求高。激光吸收光譜技術(LAS)進行氣體濃度和溫度測量的方法具有無需預處理、測量響應速度快、數據準確、環境適應性強、可多參數同時檢測等優點，在高溫氣體溫度的在線測量方面具有很好的發展前景。

LAS測溫原理是：利用鋸齒波信號調制可調諧激光二極管激光器輸出激光，使之掃過整個吸收線線型，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號。通過分析探測器測得的光強信號可以得到特征氣體譜線吸收情況，從而計算出特征氣體參數，實現燃燒溫度場的測量。能否精確獲得經過被測溫度場后的光強吸收情況是激光吸收光譜法的關鍵。