[發明專利]一種等離子體熒光壽命測量裝置及方法

在審

• 申請號: 201811244128.7
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109253992A
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 羅杰;馬昊軍;王國林;劉麗萍;張軍;趙長浩;肖學仁
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心超高速空氣動力研究所
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司 11609
• 代理人: 周嬌嬌;李亞東

本發明涉及一種等離子體熒光壽命測量裝置及方法和數據處理裝置，其中等離子體熒光壽命測量裝置包括：脈沖激光器，用于周期性地向等離子體流場發出脈沖激光；以及ICCD成像裝置，用于對脈沖激光作用的等離子體流場區域進行拍攝，所述ICCD成像裝置在每個脈沖激光周期內拍攝一幀，且每幀在所屬脈沖激光周期內的起始時間依次延后預定值。本發明通過ICCD采集等離子體流場二維空間內的熒光圖像，可用于提取每個像素點的熒光累積強度值，并將不同脈沖激光周期中拍攝的對應不同起始時刻的熒光累積強度值進行擬合，從而獲得等離子體熒光壽命，實現等離子體熒光壽命二維分布的測量。

技術領域

本發明涉及等離子體測量技術領域，尤其涉及一種等離子體熒光壽命測量裝置及方法和數據處理裝置。

背景技術

等離子體是除去固體、液體、氣體外物質的第四態，廣泛地存在于宇宙中。同時隨著技術的進步，也不斷滲透到人類的生產和生活中，因此，對其的研究具有及其重要的意義。

對等離子體的研究主要通過數值模擬、接觸測量和非接觸測量的方法。使用激光誘導熒光(LIF)的方法測量其中某種組分的濃度是一種常見的非接觸測量方法，可以利用已知濃度的氣源標定未知濃度組分的濃度及空間分布。使用LIF進行測量時，有一個中間量熒光產生率Φ，目前有兩種方法獲得：一、通過計算獲得，該方法有很多假設條件，所獲得的值只是一個理論值；二、中間量熒光產生率Φ的倒數即是熒光的壽命，通過測量熒光的壽命獲得Φ的值，該方法獲得的數值能夠反映物質的真實情況，從而通過該方法獲得的組分濃度也更加真實。

目前，在等離子體熒光壽命測量的過程中，都是使用光電倍增管進行測量。采用光電倍增管進行測量時，由于光電倍增管是將進入器件的光都打到同一個光陰極上，通過前級透鏡(組)聚焦，在不調整光電倍增管的空間位置時，只能實現空間上一點的熒光壽命測量，需要測量另一個點的熒光壽命，必須移動光電倍增管的空間位置。因此，該方法繁瑣而低效。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術中的至少一部分缺陷，提供一種等離子體熒光壽命測量裝置及方法和數據處理裝置。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種等離子體熒光壽命測量裝置，包括脈沖激光器，用于周期性地向等離子體流場發出脈沖激光；所述裝置至少還包括：ICCD成像裝置，用于對脈沖激光作用的等離子體流場區域進行拍攝，所述ICCD成像裝置在每個脈沖激光周期內拍攝一幀，且每幀在所屬脈沖激光周期內的起始時間依次延后預定值。

在根據本發明所述的等離子體熒光壽命測量裝置中，優選地，所述等離子體熒光壽命測量裝置還包括：數據處理裝置，與所述ICCD成像裝置連接，用于根據ICCD成像裝置拍攝的圖像獲取每個像素點的熒光累積強度值隨時間的變化序列，以每幀在所屬脈沖激光周期內的起始時間為橫坐標進行函數擬合得到負指數衰減曲線，并計算熒光壽命。

在根據本發明所述的等離子體熒光壽命測量裝置中，優選地，所述等離子體熒光壽命測量裝置還包括：所述ICCD成像裝置的門寬被配置為小于所述等離子體流場產生的熒光壽命的參考值。

在根據本發明所述的等離子體熒光壽命測量裝置中，優選地，所述等離子體熒光壽命測量裝置還包括：同步延時器，與所述脈沖激光器和ICCD成像裝置連接，所述數據處理裝置還與所述ICCD成像裝置連接，所述脈沖激光器發出脈沖激光同時向同步延時器發出時間脈沖信號，同步延時器對所述時間脈沖信號進行斬波處理后傳輸給所述ICCD成像裝置，所述ICCD成像裝置將信號發送給所述數據處理裝置，由所述數據處理裝置對信號進行延時處理后，再發送拍照指令給所述ICCD成像裝置。

在根據本發明所述的等離子體熒光壽命測量裝置中，優選地，所述等離子體熒光壽命測量裝置還包括：反光鏡，設置于脈沖激光器的出光口處，用于將脈沖激光器發出的脈沖激光反射至等離子體流場。

在根據本發明所述的等離子體熒光壽命測量裝置中，優選地，所述等離子體熒光壽命測量裝置還包括：噴管，用于提供所述等離子體流場。