[實用新型]一種拉曼光譜實時原位標定熒光光譜的測量系統

有效

• 申請號: 201821295838.8
• 申請日: 2018-08-13
• 公開（公告）號: CN208721573U
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 程鵬;郭亮;趙冰;孫萬臣;莊宇欣;蘇巖;孫成斌;韓提亮;孫毅;李奉學;劉中鵬
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 邵銘康;朱世林

一種拉曼光譜實時原位標定熒光光譜的測量系統屬激光燃燒診斷技術領域，本實用新型中線光源收集器置45度反射鏡正上方，拉曼成像系統置線光束左側，熒光光譜成像系統置線光束右側，拉曼成像系統和熒光光譜成像系統的中心線重合；片狀光源激光器系統置線光束正后方，片光源收集器置線光束正前方，且片光源收集器與片狀光源激光器系統中片狀光源發生器之間為探測區；拉曼成像系統和熒光光譜成像系統的同一中心線垂直于長方體片狀光源激發區的cdeh平面；脈沖延遲發生器置45度反射鏡正下方。本實用新型能獲取復雜燃燒場中實時原位定量的二維濃度分布數據，其光學測量結果與數值模擬計算結果能互相驗證補充，并為燃燒理論和燃燒試驗提供基礎數據。

技術領域

本實用新型屬激光燃燒診斷技術領域，具體涉及一種拉曼光譜實時原位標定熒光光譜的測量系統。

背景技術

高效清潔燃燒是人類重要的研究課題之一。無論是發動機(包括航空航天發動機、交通運輸發動機等)中的各種燃料的燃燒，還是供電供熱的煤燃燒系統、基礎研究用的各種燃燒器的燃燒等，都需要通過各種先進的燃燒診斷技術手段來探索進一步改善燃燒狀況的途徑和方法。由于一些燃燒體系的封閉性、瞬變性、爆炸惡劣性等問題，人們很難直接觀測到這些環境中的燃燒狀態，更難獲取燃燒室內的各種物種的濃度、溫度和速度的微觀物理信息，有時僅依賴于燃燒理論數值模擬計算，但缺乏實驗驗證。隨著科技的發展，各種激光燃燒診斷技術無疑為診斷燃燒過程提供了可能性。

對于瞬態燃燒場中的燃料的濃度分布探測至關重要，其分布的均勻和不均勻性及定量的控制燃料濃度場分布位置，都會影響接下來的燃燒的優劣程度。平面激光誘導熒光(PLIF) 技術已經廣泛應用于各種燃燒場(如光學發動機缸內、燃燒爐內等)的二維濃度分布測量中。通常在燃料中摻混適量的丙酮或3-戊酮作為燃料示蹤劑，通過燃燒場中示蹤劑的熒光分布來表示燃料的分布。但由于熒光的淬滅性質，導致PLIF測量只是得到相對的燃料的分布信息，不能得到定量信息。如果進行PLIF定量標定，一般常用的方法一種是利用燃燒完成后的廢氣分析，但由于其燃燒的滯后性和排氣的不完整性(如發動機中存在殘余氣體)，使得廢氣分析的濃度結果要比光學結果偏高很多，并是非實時性的；另一種方法是先在已知示蹤劑濃度的一個氣體樣池中完成定量標定，其結果反推到實際測量環境中，但由于在實際測量中存在密封用的玻璃窗口被燃燒產物污染問題，造成兩者信號對應的不確定性，并且也存在非實時性問題。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種拉曼光譜實時原位標定熒光光譜的濃度分布光學測量系統。通過激光自發振動拉曼散射測試技術，可以實現復雜燃燒環境下的具有拉曼活性的主要氣態物種的濃度(氮氣、氧氣、二氧化碳、碳氫燃料、氫氣、一氧化碳等摩)和區域溫度的空間一維的原位檢測，它具有測量的非接觸性、多物種檢測同步性、時間(納秒級)和空間 (毫秒)分辨能力，并且其光譜信號對淬滅不敏感，其光譜信號強度隨壓力呈線性增強變化。但由于氣體拉曼信號較弱，很難實現二維的定量濃度信息，只能完成激光聚焦點或線上的濃度檢測。目前它已經廣泛應用于如內燃機缸內或某封閉或大氣環境下的燃燒體系內的濃度場測量中。