[發明專利]一種煤油燃燒場OH-PLIF測量中消除煤油干擾的裝置及方法有效
| 申請號： | 201811068924.X | 申請日： | 2018-09-13 |
| 公開（公告）號： | CN109470662B | 公開（公告）日： | 2021-06-08 |
| 發明（設計）人： | 李國華;張振榮;葉景峰;胡志云;王晟;方波浪 | 申請（專利權）人： | 西北核技術研究所 |
| 主分類號： | G01N21/64 | 分類號： | G01N21/64 |
| 代理公司： | 西安智邦專利商標代理有限公司 61211 | 代理人： | 唐沛 |
| 地址： | 710024 陜*** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 煤油 燃燒 oh plif 測量 消除 干擾 裝置 方法 | ||
1.一種煤油燃燒場OH-PLIF測量中消除煤油干擾的裝置，其特征在于：包括激勵激光器、頻域濾光單元、成像探測單元、輔助光路單元以及計算機；
激勵激光器用于在煤油燃燒場內激勵OH、煤油獲得熒光信號，所述熒光信號兩種：激勵激光器在OH共振激勵線上激勵OH、煤油獲得混合熒光信號或者在非OH共振激勵線可只激勵煤油產生單獨煤油熒光；
頻域濾光單元分別用于選擇性透過受煤油熒光干擾的OH熒光和單獨煤油熒光，且濾除其他波段雜散光信號；
成像探測單元用于對兩種熒光信號進行成像測量，獲得單獨煤油熒光強度分布情況以及OH、煤油混合熒光強度分布情況；
輔助光路單元用于對激勵激光器發射的激勵激光進行調整，包括光束的方向調整、光束整形實現均勻薄片狀光激勵以及獲取激勵激光的能量；
計算機通過獲取的單獨煤油熒光強度分布、OH、煤油混合熒光強度分布以及強度矯正系數，計算出準確的OH熒光強度分布；
所述激勵激光器為一個，激光脈寬為10ns，波長在280-295nm范圍可調諧，激勵光線寬小于0.1cm-1；測量過程中激勵激光器輸出波長處于OH共振激勵線，在空氣內波長為285.004nm，共振激勵出OH、煤油混合熒光；
頻域濾光單元為一個305-320nm帶通濾光片，用于選擇性透過受煤油熒光干擾的OH熒光；
成像探測單元為兩臺像增強相機，采樣門寬在20-100ns范圍內設置，兩臺像增強相機采樣時間相對激勵激光延時分別在15-100ns、100-200ns，兩臺像增強相機采樣時間間隔大于兩臺像增強相機采樣門寬，且分別測量獲得OH、煤油混合熒光圖像C1與煤油熒光圖像C2。
2.根據權利要求1所述的煤油燃燒場OH-PLIF測量中消除煤油干擾的裝置，其特征在于：所述輔助光路單元包括反射鏡、合束鏡、分束鏡、能量計以及光束整形裝置；
其中，反射鏡、合束鏡、分束鏡以及光束整形裝置均沿激勵激光的光路依次設置；
分束鏡分出的光束一部分被能量計接收探測。
3.一種煤油燃燒場OH-PLIF測量中消除煤油干擾的方法，其特征在于，采用的煤油燃燒場OH-PLIF測量中消除煤油干擾的裝置包括激勵激光器、頻域濾光單元、成像探測單元、輔助光路單元以及計算機；
激勵激光器用于在煤油燃燒場內激勵OH、煤油獲得熒光信號，所述熒光信號兩種：激勵激光器在OH共振激勵線上激勵OH、煤油獲得混合熒光信號或者在非OH共振激勵線可只激勵煤油產生單獨煤油熒光；
頻域濾光單元分別用于選擇性透過受煤油熒光干擾的OH熒光和單獨煤油熒光，且濾除其他波段雜散光信號；
成像探測單元用于對兩種熒光信號進行成像測量，獲得單獨煤油熒光強度分布情況以及OH、煤油混合熒光強度分布情況；
輔助光路單元用于對激勵激光器發射的激勵激光進行調整，包括光束的方向調整、光束整形實現均勻薄片狀光激勵以及獲取激勵激光的能量；
計算機通過獲取的單獨煤油熒光強度分布、OH、煤油混合熒光強度分布以及強度矯正系數，計算出準確的OH熒光強度分布；
所述激勵激光器為兩個，分別為激勵激光器L1和激勵激光器L2，兩個激勵激光器的激光脈寬均為10ns，激勵光線寬小于0.1cm-1，波長可在280-295nm范圍調諧，激勵激光器L1和激勵激光器L2出光時間間隔在10-1000ns范圍內可調；
其中，激勵激光器L1處于OH共振激勵線，在空氣內波長為285.004nm，共振激勵出OH、煤油混合熒光；激勵激光器L2遠離OH共振激勵線，選擇284.97nm波長，僅激勵產生單獨煤油熒光；
頻域濾光單元采用一個305-320nm帶通濾光片，用于透過受煤油熒光干擾的OH熒光，濾除實驗雜散光；
成像探測單元選擇雙幀雙曝光像增強相機或者兩臺像增強相機，采樣時刻分別與激勵激光器L1和激勵激光器L2同步，曝光時間小于激光出光時間間隔，測量獲得激勵激光器L1激勵產生的混合熒光圖像C1及激勵激光器L2激勵產生的煤油熒光圖像C2；
具體獲取準確的OH熒光強度的步驟如下：
【1】使用激勵激光器L1使其與成像探測單元第1幀采樣時刻同步，門寬20ns，獲得OH、煤油混合熒光信號S1M(x,y)；使用激勵激光器L2使其與成像探測單元第2幀采樣時刻同步，門寬20ns，獲得單獨煤油熒光信號S2K(x,y)，測量過程中實時測量兩個激勵激光的激光能量；
【2】在與步驟【1】相同的探測參數設置條件下，將激勵激光器L1調至與激勵激光器L2同波長，共同激勵煤油，測量獲得煤油熒光熒光強度空間分布S'1K(x,y)及S'2K(x,y)并實時監控記錄兩個激勵激光器的激光能量；
【3】按照激勵激光器L1、激勵激光器L2能量將S'1K(x,y)、S'2K(x,y)、S1M(x,y)及S2K(x,y)歸一化獲得NS'1K(x,y)、NS'2K(x,y)、NS1M(x,y)及NS2K(x,y)，計算獲得各空間位置的強度矯正系數NkL(x,y)＝NS'1K(x,y)/NS'2K(x,y)；
【4】在歸一化混合熒光信號中按強度矯正系數比例消除煤油熒光干擾，則OH強度分布為：NSOH(x,y)＝NS1M(x,y)-NkL(x,y)·NS2K(x,y)。
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