[發明專利]一種激光誘導多點擊穿標記測速方法

在審

• 申請號: 202010148428.6
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111413515A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 李博;李曉峰;高強
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01P5/20
• 分類號: G01P5/20
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 韓新城

本發明公開一種激光誘導多點擊穿標記測速方法，采用以下系統實現，所述系統包括飛秒激光器、納秒激光器、聚焦透鏡、二向色鏡、軸錐鏡以及CCD相機；測量過程中，產生的飛秒激光經過聚焦透鏡后在目標流場中自聚焦產生一條一定長度的一維等離子體通道，該通道為預電離區域；產生的納秒激光經二向色鏡反射后與飛秒激光光束在空間上重合，再經過軸錐鏡聚焦后在等離子體通道上產生零級貝塞爾光束誘發多點擊穿產生用于測速的擊穿等離子體亮斑，用CCD相機記錄擊穿等離子體亮斑的位置信息。本發明采用飛秒納秒激光連用實現流場空間中多點擊穿，通過追蹤擊穿位置的位移情況，進而實現流場中多點速度同時測量。

技術領域

本發明涉及激光光譜領域和流場測速技術領域，特別是涉及一種激光誘導多點擊穿標記測速方法。

背景技術

流場的溫度、速度、組分濃度及質量流量等參數的精確測量對于內燃機，超燃沖壓發動機等的研究和發展具有極其重要的意義，其中流場速度直接與流場運動狀態相關，因此流場中的速度的測量就顯得尤為重要。

目前流場速度測量大致可以分為兩個大類：

一、非光學方法，以風線測速儀和皮托管為代表，雖然可以精確測量流場速度，但是由于需要侵入流場進行測量，會對流場帶來很大干擾。

二、光學測量方法，可以分為兩種：一種是利用多普勒效應，以激光多普勒測速(Laser Doppler Velocimetry，LDV)技術為代表，測量速度的原理是通過利用激光照射到運動粒子，運動粒子發出的散射光的多普勒頻移來計算出粒子運動速度，或者將粒子吸收線頻移與熒光輻射線強度變化相結合，利用熒光輻射強度來實現待測點速度測量，通常激光多普勒測速多用于高速流場測量；

二是利用示蹤粒子單位時間內的位移來實現測速，以粒子示蹤測速(ParticleImage Velocimetry，PIV)，PIV技術需要在待測流場之中加入示蹤粒子，PIV技術通過計算添加的示蹤粒子在一定時間內的位移得到流場的速度信息。

但是這兩技術均受限于加入粒子的跟隨性和散射性在超高音速流場以及燃燒場中應用存在困難。近年來分子標記示蹤測速技術得到廣泛應用，分子標記示蹤測速技術包括：標記流場OH分子的HTV(Hydroxyl tagging velocimetry)技術，標記NO的VENOM(Vibrationally Excited Nitric Oxide Monitoring)技術，標記O₂的RELIEF(Ramanexcitation plus laser-induced electronic fluorescence)等。由于示蹤粒子為流場中的分子，跟隨性問題從根本上得到解決。另一方面光學信號主要來自于示蹤分子的熒光信號，因此不需要考慮粒子的散射性問題，但示蹤分子的熒光信號容易受到雜散光以及溫度環境影響。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中存在的技術缺陷，而提供一種激光誘導多點擊穿標記測速方法，是一種利用激光誘導多點擊穿標記測量流場速度的方法，采用飛秒納秒激光連用實現流場空間中多點擊穿，通過追蹤擊穿位置的位移情況，進而實現流場中多點速度同時測量。

為實現本發明的目的所采用的技術方案是：

一種激光誘導多點擊穿標記測速方法，采用以下系統實現，所述系統包括飛秒激光器、納秒激光器、聚焦透鏡、二向色鏡、軸錐鏡以及CCD相機；測量過程中，產生的飛秒激光經過聚焦透鏡后在目標流場中自聚焦產生一條一定長度的一維等離子體通道，該通道為預電離區域；產生的納秒激光經二向色鏡反射后與飛秒激光光束在空間上重合，再經過軸錐鏡聚焦后在等離子體通道上產生零級貝塞爾光束誘發多點擊穿產生用于測速的擊穿等離子體亮斑，用CCD相機記錄擊穿等離子體亮斑的位置信息。

所述激光誘導多點擊穿標記測速方法,還包括以下步驟：