[發明專利]火焰CH基和NO分子同步或選擇性激發測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201910399987.1
• 申請日: 2019-05-14
• 公開（公告）號: CN110118762B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 彭江波;于楊;曹振;馬欲飛;李曉暉;常光;高龍;嚴彪;羅鄴;曲天驕;武國華;韓明宏
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

火焰CH基和NO分子同步或選擇性激發測量裝置及方法，屬于燃燒組分可視化研究技術領域。激光器、聚焦透鏡及設于燃燒器中心平面的空間標定板依次設置，同一空間對焦板上的兩臺ICMOS相機均朝燃燒器設置且位于燃燒器兩側并距燃燒器光程相同，相機上有同軸設置且位于同一水平高度的濾光片，脈沖信號發生器的脈沖信號輸出端與激光器及相機的信號輸入端連接，相機的信號輸出端與計算機信號輸入端連接。本發明不干擾燃燒器燃燒場的火焰結構，裝置簡單，節約成本，實現了燃燒過程中的CH基與NO分子同步測量或者選擇性測量，實現了同步激發或者選擇性激發兩種基團，對于燃燒學機理和控制污染物NO排放具有重要意義。

技術領域

本發明涉及一種火焰CH基和NO分子同步或選擇性激發測量裝置及方法，屬于燃燒組分可視化研究技術領域。

背景技術

NO是燃燒過程中產生的最重要的污染物之一，參與大氣臭氧的消耗、光化學煙霧及酸雨的形成，因此對燃燒過程中NO的測量尤為重要。燃料燃燒過程中產生的中間體，如CH，OH，CH₂O等，這些特定自由基存在于燃燒的不同階段和位置，具有特定的含義。例如，CH自由基存在于燃燒反應區，已經被頻繁用于火焰前沿結構的可視化。同時，CH自由基也參與瞬時NO分子形成過程，是污染物NO形成的重要前驅物。因此，采用CH自由基與NO分子同步或選擇性測量不僅能夠反映污染物NO的形成過程，對于研究火焰結構與污染物形成的空間關聯，模型修正及理解燃燒機理也具有重要意義。

激光誘導熒光技術（LIF）相比于傳統測量技術具有諸多優點，如非接觸式測量，時間分辨率高，可以獲得區域內組份的二維空間結構信息并具有很高的空間分辨率。考慮探測基團實際吸收譜線，可靈活選取激發方式，如單光子激發，雙光子激發等。雙光子激發能夠勝任吸收譜線在深紫外區的原子或分子（H原子，O原子，CO分子），而單光子激發實現較困難。

發明內容

為解決背景技術中存在的問題，本發明提供一種火焰CH基和NO分子同步或選擇性激發測量裝置及方法。

實現上述目的，本發明采取下述技術方案：火焰CH基和NO分子同步或選擇性激發測量裝置，包括激光器、聚焦透鏡、燃燒器、空間標定板、脈沖信號發生器、計算機、兩臺ICMOS相機以及兩個濾光片，所述激光器、聚焦透鏡以及空間標定板沿激光的傳輸方向依次設置，所述空間標定板設置于燃燒器火焰的中心平面上，所述燃燒器的兩側分別設有一臺ICMOS相機，每臺所述ICMOS相機到燃燒器的光程均相同，且兩臺ICMOS相機的鏡頭均朝向燃燒器火焰一側設置，兩臺ICMOS相機的焦平面位于同一空間對焦板上，每臺ICMOS相機的鏡頭上分別加裝有一個濾光片，兩個所述濾光片與兩臺ICMOS相機鏡頭同軸設置且均位于同一水平高度；所述脈沖信號發生器的脈沖信號輸出端與激光器以及兩臺ICMOS相機的信號輸入端連接，兩臺ICMOS相機的信號輸出端與計算機信號輸入端連接。

本發明的火焰CH基和NO分子同步激發的方法，包括如下步驟：

步驟一、將空間標定板置于燃燒器火焰的中心平面上，兩臺ICMOS相機同時對焦，實現探測平面的校準；

步驟二、調諧激光器的出光波長，使其輸出波長為387.168nm的激光，并滿足輸出激光的線寬大于1cm^-1，則對應單光子激發CH基B-X （0，0）帶的R₁（7）線和雙光子激發NO分子D-X（0，1）帶的Q₁₂(31)、Q₁（28）和R₁（22）聯合線，實現同步激發CH基和NO分子；

步驟三、調整聚焦透鏡使激發光聚焦到燃燒器的火焰中心位置；

步驟四、通過脈沖信號發生器準確地控制激發和探測的時間，保證兩臺ICMOS相機同時拍攝火焰中CH基和NO分子；

步驟五、計算機通過同步圖像采集系統獲取兩臺ICMOS相機拍攝的CH基和NO分子的熒光圖像。