[發(fā)明專利]一種提高氣體流速測量精度的方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711075096.8
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN108008146B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李金義;陳佳音;李浩丹
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01P5/26
• 分類號: G01P5/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種提高氣體流速測量精度的方法，其特征在于，利用波長調(diào)制光譜WMS技術(shù)，通過鎖相放大器同時解調(diào)兩個偶高次諧波信號nf和mf信號，n，m＝2，4，6...且n＞m，利用mf歸一化nf信號WMS-nf/mf得到兩個高信噪比的窄而尖的峰信號，通過觀察這兩個窄峰的多普勒頻移能夠提高氣體流速測量的精度和分辨率；

基于WMS-nf/mf提高TDLAS測量精度的方法包括：

檢測氣體對激光的吸收譜線對包括濃度、壓力、溫度及流速在內(nèi)的氣體的參數(shù)的測量，由于激光穿過高速氣流時在氣流方向有分量，所以接收激光時會產(chǎn)生多普勒頻移，有兩條吸收譜線的多普勒頻移大小，即可反演出高速氣流流速；

所述氣流流速：V_gas＝λ₀Δυ/(cosθ₁-cosθ₂)，

其中，c為光速，V_gas為氣流流速，單位：m·s^-1；Δυ為頻率偏移，λ₀為中心波長；λ₁和λ₂為兩條發(fā)生多普勒頻移的吸收譜線波長；θ₁為波長是λ₁的吸收譜線和氣流流速方向之間的夾角；θ₂為波長是λ₂的吸收譜線和氣流流速方向之間的夾角，單位：°。

2.如權(quán)利要求1所述的一種提高氣體流速測量精度的方法，其特征是，由于波長調(diào)制光譜各偶次諧波分量隨諧波次數(shù)的增大而減小，因此，通常使用WMS-4f/2f信號，得到兩個高信噪比的窄而尖銳的峰信號，通常其峰寬比直接吸收光譜信號窄5倍以上，確定多普勒頻移，從而提高測量精度和分辨率。

3.一種基于高次諧波探測提高流速測量精度的裝置，其特征是，包括：激光控制器、可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器、信號發(fā)生器、光電探測器、數(shù)字鎖相模塊、標(biāo)準(zhǔn)具、計算機或嵌入式處理器、光準(zhǔn)直透鏡；激光控制器控制半導(dǎo)體激光器發(fā)射出實驗所需激光，經(jīng)由激光分束器一分為三，其中一束通過標(biāo)準(zhǔn)具用于波長標(biāo)定，另外兩束與氣流方向成一定角度交叉斜入射進氣流場，兩束出射激光分別被兩個探測器接收轉(zhuǎn)換為電信號進入兩個數(shù)字鎖相放大器，每個數(shù)字鎖相放大器同時解調(diào)得到WMS-nf/mf信號，最終將三路信號傳入計算機或嵌入式處理器，進行數(shù)據(jù)的處理、分析和保存；

利用波長調(diào)制光譜WMS技術(shù)，通過鎖相放大器同時解調(diào)兩個偶高次諧波信號nf和mf信號，n，m＝2，4，6...且n＞m，利用mf歸一化nf信號WMS-nf/mf得到兩個高信噪比的窄而尖的峰信號，通過觀察這兩個窄峰的多普勒頻移能夠提高氣體流速測量的精度和分辨率；

基于WMS-nf/mf提高TDLAS測量精度的方法包括：

檢測氣體對激光的吸收譜線對包括濃度、壓力、溫度及流速在內(nèi)的氣體的參數(shù)的測量，由于激光穿過高速氣流時在氣流方向有分量，所以接收激光時會產(chǎn)生多普勒頻移，有兩條吸收譜線的多普勒頻移大小，即可反演出高速氣流流速；

所述氣流流速：V_gas＝λ₀Δυ/(cosθ₁-cosθ₂)，

其中，c為光速，V_gas為氣流流速，單位：m·s^-1；Δυ為頻率偏移，λ₀為中心波長；λ₁和λ₂為兩條發(fā)生多普勒頻移的吸收譜線波長；θ₁為波長是λ₁的吸收譜線和氣流流速方向之間的夾角；θ₂為波長是λ₂的吸收譜線和氣流流速方向之間的夾角，單位：°。