[發明專利]基于激光誘導擊穿光譜的噴霧局部當量比測量系統和方法

有效

• 申請號: 202110050731.7
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112945935B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 黃佐華;葛睿涵;胡二江;張俊杰;高群飛
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發明基于激光誘導擊穿光譜的噴霧局部當量比測量系統和方法，該系統包括激光誘導擊穿光譜系統、噴射系統和進排氣系統；激光誘導擊穿光譜系統包括計算機、增強型電耦合器ICCD、光譜儀、濾波片、凸透鏡、反射鏡、聚焦透鏡、分光片、能量探頭、激光器和能量計；噴射系統包括單次噴射控制儀、噴油器和手搖液壓泵；進排氣系統包括定容裝置、真空泵和惰性氣體；該方法實現了對液體噴霧過程中局部當量比的測量，基于激光誘導擊穿光譜的測量方法基本都在單相物質中，本發明實現了由液相轉向氣相過程中的測量，且對噴霧形態物性特征的研究可以有效的給噴油器以及直噴式發動機的設計提供依據。本發明具有測量快速、系統簡單、成本較低等優勢。

技術領域

本發明涉及一種燃燒器內部當量比檢測方法，具體涉及一種基于激光誘導擊穿光譜的噴霧局部當量比測量系統和方法。

背景技術

汽油機缸內直噴技術作為一種廣泛應用于汽車發動機中的油氣混合技術，相比于比傳統的進氣道噴射能夠更加精確的控制混合氣空燃比，提高發動機的燃燒效率和動力表現。對于噴射過程中的局部當量比測定能夠加強發動機的噴射點火調控設計基礎，因此對于提高噴射燃燒的內燃機具有重要意義。

傳統的接觸式測量方式由于會嚴重的影響噴霧形態而使得測試結果偏差較大。噴油器噴射過程中局部當量比變化目前主要通過非接觸式的光學診斷方式如激光誘導擊穿光譜(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)，火花塞誘導擊穿光譜方式測量。其中火花塞誘導擊穿光譜對測點位置限制較大，且對燃燒器改造要求較高。LIBS作為一種原子發射光譜分析技術，主要通過高能脈沖激光聚焦在物質局部位置，通過激發產生等離子體用光譜分析捕捉等離子體的發射譜線，利用光譜數據對其進行定性、定量分析。

現有的方式對噴射過程中局部當量比測定局限于對氣體燃料的測試，而對液體燃料測試則十分空缺。這是由于液體燃料在噴射過程中涉及到氣化問題，會使光學信息發生變動。在實際應用中，發動機中主要使用均為液體燃料，因此對于液體燃料噴射的當量比測定方法的補足與優化具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于激光誘導擊穿光譜的噴霧局部當量比測量系統和方法，對研究噴霧形態和物理特征提供進一步的技術支持。

本發明采用如下技術方案來實現的：

基于激光誘導擊穿光譜的噴霧局部當量比測量系統，包括激光誘導擊穿光譜系統、噴射系統和進排氣系統；

激光誘導擊穿光譜系統包括計算機、增強型電耦合器ICCD、光譜儀、濾波片、凸透鏡、反射鏡、聚焦透鏡、分光片、第一能量探頭、激光器、第一能量計、第二能量探頭和第二能量計；噴射系統包括單次噴射控制儀、噴油器和手搖液壓泵；進排氣系統包括定容裝置、真空泵和惰性氣體；

其中，激光誘導擊穿光譜系統由激光器發射出的激光經過分光片后光路分為兩束，其中一束反射至第一能量探頭，該裝置連接的第一能量計對激光出射能量進行檢測，另一束投射能量經過反射鏡反射后由聚焦透鏡聚焦，通過定容裝置水平橫向的一側的石英玻璃并在中心位置產生擊穿，擊穿后的光束通過定容裝置另一側的石英玻璃后由第二能量探頭采集，通過連接的第二能量計讀取出射后的激光能量；激光擊穿后產生的信號和其他激光散射光通過定容裝置水平縱向的一側石英玻璃后，由凸透鏡聚焦，再經過濾波片濾掉激光產生的光信號后進入光譜儀；計算機連接增強型電耦合器ICCD，輸出的光信號通過光譜儀的采集與分解經由增強型電耦合器ICCD轉化，通過計算機對光電信號進行采集記錄；

噴射系統噴油器密封接于定容裝置頂部，噴射由單次噴射控制儀控制噴油脈寬，手搖液壓泵控制噴油壓力；進排氣系統的真空泵與惰性氣體通過高壓管路接于定容裝置上，測量噴霧當量比前，打開惰性氣體管路閥門，使定容裝置內部達到指定背壓后關閉，測量結束后，打開真空泵管路閥門，將定容裝置抽至真空狀態以備下次測試；

單次噴射控制儀與激光器的外觸發接口均接于信號同步發生器，激光誘導擊穿光譜系統的探測和噴射系統的噴油時序由信號同步發生器控制。