[發(fā)明專利]內(nèi)窺層析的體激光誘導(dǎo)熒光成像測(cè)量瞬態(tài)燃燒場(chǎng)火焰三維結(jié)構(gòu)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010717039.0
• 申請(qǐng)日: 2020-07-23
• 公開（公告）號(hào): CN111855628B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡偉偉;王倩;劉何聰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/64
• 分類號(hào): G01N21/64;G01N21/01
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 王一琦

1.一種基于內(nèi)窺層析的體激光誘導(dǎo)熒光成像系統(tǒng)測(cè)量瞬態(tài)燃燒場(chǎng)中火焰三維結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：將脈沖激光器輸出的激光經(jīng)過反射鏡改變其傳播方向，再通

過望遠(yuǎn)鏡對(duì)激光束進(jìn)行整形擴(kuò)束；

步驟二：整形擴(kuò)束后的體激光經(jīng)分光片分為兩束，其中第一束體激光

經(jīng)過比色皿，并用第一信號(hào)采集系統(tǒng)記錄比色皿中溶液的激光誘導(dǎo)熒光信號(hào)；第二束體激光通過火焰區(qū)域用于激發(fā)火焰區(qū)域的特定組分，令其產(chǎn)生激光誘導(dǎo)熒光，并由第二信號(hào)采集系統(tǒng)進(jìn)行記錄；其中，比色皿中的溶液為乙醇稀釋的煤油溶液，火焰區(qū)域的特定組分為示蹤物丙酮；

步驟三：由第一相機(jī)和第二相機(jī)拍攝到的信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集及處理裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析后會(huì)得到燃燒場(chǎng)中瞬態(tài)火焰的三維重建結(jié)構(gòu)；

步驟三中所述的數(shù)據(jù)分析處理過程包括火焰三維重建與對(duì)每一個(gè)激光脈沖光強(qiáng)空間分布不均及脈沖與脈沖之間強(qiáng)度變動(dòng)的矯正，還包括但不限于以下步驟：

步驟a：無待測(cè)火焰時(shí)，將標(biāo)定板置于燃燒器上方中心位置，用信號(hào)采集系統(tǒng)采集標(biāo)定板圖片，進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定，獲得火焰區(qū)域的信號(hào)采集系統(tǒng)與火焰區(qū)域的位置關(guān)系；

步驟b：無待測(cè)火焰時(shí)，將一張紫外檢測(cè)卡覆蓋于步驟a中所述標(biāo)定板上，并使激光器工作，記錄激光截面在其上的位置，確定激光截面與棋盤格上格子交點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)系；

步驟c：使燃燒器工作，整個(gè)成像系統(tǒng)開始工作，測(cè)量火焰中丙酮示蹤物的激光誘導(dǎo)熒光信號(hào)和比色皿中煤油溶液的激光誘導(dǎo)熒光信號(hào)；

步驟d：采用蒙特卡洛光線追蹤方法，結(jié)合標(biāo)定所得的多個(gè)測(cè)量角度的空間位置，建立起丙酮熒光信號(hào)場(chǎng)的反演模型；

步驟e：結(jié)合上述步驟c中所采集的熒光信號(hào)，采用代數(shù)重建法對(duì)步驟d中的反演問題進(jìn)行求解，重建待測(cè)火焰區(qū)域的瞬態(tài)三維丙酮熒光信號(hào)分布；

步驟f：根據(jù)步驟e中重建出的瞬態(tài)丙酮三維熒光信號(hào)分布，結(jié)合步驟b中方法得到的激光截面與火焰區(qū)域的相對(duì)位置關(guān)系以及步驟a中所測(cè)得的激光截面中強(qiáng)度的空間分布，將重建的信號(hào)分布沿著激光傳播方向?qū)ζ浞謱映C正，最終獲得矯正激光強(qiáng)度空間不均及脈沖強(qiáng)度變化的瞬態(tài)丙酮三維熒光信號(hào)分布，即瞬態(tài)火焰三維結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于內(nèi)窺層析的體激光誘導(dǎo)熒光成像系統(tǒng)測(cè)量瞬態(tài)燃燒場(chǎng)中火焰三維結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于：所述脈沖激光器為超高重復(fù)頻率脈沖激光器，其脈沖重復(fù)頻率為10-100?kHz。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于內(nèi)窺層析的體激光誘導(dǎo)熒光成像系統(tǒng)測(cè)量瞬態(tài)燃燒場(chǎng)中火焰三維結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于：所述望遠(yuǎn)鏡由焦距f=-100?mm的平凹柱面鏡和焦距f=500?mm的平凸柱面鏡所組成，所述望遠(yuǎn)鏡為伽利略望遠(yuǎn)鏡，將原始激光束尺寸在高度和寬度方向上擴(kuò)大5倍。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的一種基于內(nèi)窺層析的體激光誘導(dǎo)熒光成像系統(tǒng)測(cè)量瞬態(tài)燃燒場(chǎng)中火焰三維結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于：所述分光片為楔狀分光片。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于內(nèi)窺層析的體激光誘導(dǎo)熒光成像系統(tǒng)測(cè)量瞬態(tài)燃燒場(chǎng)中火焰三維結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于：所述比色皿中還盛放有乙醇稀釋的煤油溶液，其中煤油被266?nm激光激發(fā)而產(chǎn)生激光誘導(dǎo)熒光信號(hào)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種基于內(nèi)窺層析的體激光誘導(dǎo)熒光成像系統(tǒng)測(cè)量瞬態(tài)燃燒場(chǎng)中火焰三維結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于：所述第一信號(hào)采集系統(tǒng)包括第一濾光片、第一紫外鏡頭、所述第一相機(jī)和所述數(shù)據(jù)采集及處理裝置。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于內(nèi)窺層析的體激光誘導(dǎo)熒光成像系統(tǒng)測(cè)量瞬態(tài)燃燒場(chǎng)中火焰三維結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于：所述火焰區(qū)域的特定組分為示蹤物丙酮，即對(duì)示蹤物丙酮的激光誘導(dǎo)熒光信號(hào)進(jìn)行探測(cè)。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于內(nèi)窺層析的體激光誘導(dǎo)熒光成像系統(tǒng)測(cè)量瞬態(tài)燃燒場(chǎng)中火焰三維結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于：所述第二信號(hào)采集系統(tǒng)包括第二濾光片、第二紫外鏡頭、一分多內(nèi)窺鏡、像增強(qiáng)器、像增強(qiáng)控制器、所述第二相機(jī)和所述數(shù)據(jù)采集及處理裝置。