[發明專利]一種燃燒火焰溫度場瞬時定點診斷裝置及方法

在審

• 申請號: 201810324101.2
• 申請日: 2018-04-12
• 公開（公告）號: CN108332864A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 董美蓉;李詩詩;陸繼東;駱發勝
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01J5/10
• 分類號: G01J5/10
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 劉巧霞

本發明公開了一種燃燒火焰溫度場瞬時定點診斷裝置。所述裝置包括：脈沖激光器、聚焦鏡片、激光能量探測計以及三維移動平臺。所述裝置通過將激光聚焦于火焰待測點的位置，利用激光擊穿火焰測點位置產生等離子體，再通過與光路垂直的激光能量探測計瞬時采集聚焦后的激光殘余能量。通過對已知溫度的火焰或者氣體進行探測，得到激光殘余能量與溫度之間的對應關系，進而實現對待測火焰測點的瞬時溫度診斷。本發明實現了燃燒火焰溫度場空間內某點瞬時溫度的快速診斷。

技術領域

本發明涉及激光診斷對于火焰溫度的測量領域，尤其涉及一種燃燒火焰溫度場瞬時定點診斷裝置及方法。

背景技術

火焰溫度是表征燃燒狀況的一個重要參數，而火焰的內部溫度分布是不均勻的。燃燒場空間溫度分布測量的準確性對深入理解燃燒機理，優化燃燒過程具有重要的指導作用。在工業應用領域，燃燒器等動力設備的設計開發也需要快速準確的火焰溫度測量。因此實現火焰溫度的快速測量是燃燒領域的重要問題。隨著光學技術的快速發展，激光診斷技術越來越多地應用于工業生產過程中的狀態診斷，包括是在惡劣的燃燒環境。

傳統的火焰溫度測量可分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式測量會干擾流場而且測溫元件易受火焰輻射的干擾，在較高的溫度下測量探頭使用壽命不長。而且接觸式測量方法的響應時間長，空間分辨能力差。非接觸式測溫法主要包括輻射式測溫法、光譜測溫法和聲波測溫法，具有無干擾、響應快等優點。輻射測溫法是應用最多的測溫方法，主要有亮度法、全輻射法、比色法和紅外測溫技術。亮度法要求火焰溫度應在背景溫度的變化范圍，一般限于1000～2800K范圍內測溫。全輻射測溫法是根據黑體(灰體)的全輻射強度與溫度的四次方成正比的原理來測量溫度的，由于火焰很難滿足黑體(灰體)條件，此方法無法測得火焰的真實溫度。而比色法需要進行風光、濾光等過程，能量損失大，一般限于高溫測量。前三種測溫方法適用于溫度較高的情況，而紅外測溫法受限于光譜響應范圍，測溫范圍有限。輻射式測溫法和聲波法都是簡單地將燃燒場看作一個輻射整體，基于聲線或者視線方向的平均溫度通過復雜的算法進行二維或者三維溫度重建，適用于穩定的、溫度梯度變化不大的區域。而光譜測溫法容易受火焰背景輻射的干擾且測量光路復雜，如何正確有效地提取光譜信息一直是該方法的研究重點。對于一些用于實驗研究的小型火焰，內部溫度梯度較大，如何實現火焰內部各點溫度的準確測量對燃燒狀態診斷具有重要意義，因此需要具有較好空間分辨能力的測溫方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種燃燒火焰溫度場瞬時定點診斷裝置。本裝置通過測量激光與火焰作用后的激光殘余能量，得到等離子體生成點的火焰溫度，通過多點測量實現火焰內部溫度分布情況的診斷。所述激光殘余能量為初始激光與火焰作用后被火焰測點吸收后所剩下的激光能量。

本發明的目的能夠通過以下技術方案實現：

一種燃燒火焰溫度場瞬時定點診斷裝置，具體包括：脈沖激光器、激光能量探測計、三維移動平臺以及聚焦鏡片。

所述脈沖激光器，用于產生特定波長的脈沖激光。

所述聚焦鏡片，用于將脈沖激光器產生的激光聚焦于火焰的特定位置。

所述激光能量探測計，用于接收聚焦后的殘余激光能量。

所述三維移動平臺，用于調整脈沖激光器和激光能量探測計的位置，從而改變火焰測點的位置。

具體地，對于所述脈沖激光器，其激光頻率和能量可以根據不同的火焰進行調整。

具體地，所述激光能量探測計，其探頭放置于激光光路末端且激光光線垂直，用于探測激光的殘余能量。

具體地，測點位置、脈沖激光器的激光頭和激光能量探測計探頭均應布置在激光光路上，測量頻率可以通過調節脈沖激光器發射的激光頻率進行調整。

具體地，三維移動平臺，用于固定脈沖激光器和激光能量探測計，實現激光聚焦點的移動和激光殘余能量的探測，保證對火焰待測點的準確定位。