[發明專利]一種先導放電通道氣體瞬態溫度正交觀測系統和方法

有效

• 申請號: 202110333017.9
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113091942B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 程晨;賀恒鑫;陳維江;邊凱;丁玉劍;馬建功;趙蓂冠;胡錦洋
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;國網新疆電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00;G01K13/024
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

1.一種先導放電通道氣體瞬態溫度正交觀測方法，其特征在于，包括下述步驟：

步驟1：將正極性沖擊電壓波形施加于放電電極并通過增強所述放電電極端部附近垂直電場大小使其僅產生單一垂直地面的先導放電通道；

步驟2：對所述沖擊電壓波形進行顯示和存儲，通過TTL脈沖信號對定量紋影測量光路中第一圖像獲取單元CA1進行穩定同步觸發，并同時輸出CA1同步曝光時鐘脈沖信號；CA1和莫爾條紋測量光路中第二圖像獲取單元CA2設置工作在主從模式，并將所述時鐘脈沖信號作為CA2的輸入從而實現CA1和CA2兩個圖像獲取單元拍攝速度間的同步；

步驟3：將定量紋影光路中高功率LED光源發出的綠光經聚光透鏡二次匯聚，通過勻光片和狹縫進行光強勻化；并進一步經過圓形的準直透鏡形成平行光束；平行光束經先導放電通道密度梯度場發生偏折并經匯聚透鏡在刀口處形成與狹縫等大的明亮光斑；

其中經密度梯度場擾動的平行光線在刀口處產生相應的偏移量，在第一圖像獲取單元CA1上得到相應灰度變化的定量紋影圖像；

步驟4：將莫爾條紋測量光路中固體激光器產生的綠色激光束經空間濾波器勻化且只通過零頻光線，通過準直透鏡形成與透鏡鏡面尺寸等大的平行光束，進而經先導放電通道區域發生偏折，進一步通過光柵組并由匯聚透鏡在狹縫處形成多級光斑；狹縫只允許±1級條紋通過并在第二圖像獲取單元CA2上顯示獲取莫爾條紋圖像，條紋偏移量大小反映對應放電通道位置的折射率梯度大小；

步驟5：通過在定量紋影測量光路中調節長焦鏡頭焦距保證定量紋影圖像的空間分辨率，將第一圖像獲取單元CA1曝光時間減至1μs以下以保證先導放電通道氣體瞬態溫度的測量要求，同時使紋影背景灰度處于圖像最大灰度一半左右以保證測量系統的最大量程；

將所述第二圖像獲取單元CA2的曝光時間設置為與所述第一圖像獲取單元CA1的曝光時間相同，并采用無鏡頭直接成像的方式獲取莫爾條紋圖像最大的空間分辨率；

步驟6：結合定量紋影校驗曲線和紋影圖像灰度分布獲取某一放電通道橫截面上平行光線所產生的偏折角大小；并結合莫爾條紋圖像、空間分辨率以及光柵配置參數獲取平行激光束經過放電通道對應位置的偏折角大小；

利用Abel逆變換公式得到放電通道折射率大小徑向分布，并利用格拉斯通-戴爾公式和理想氣體狀態方程分別獲取兩種測量方法得到先導通道氣體瞬態溫度徑向分布；

步驟7：通過改變初始先導通道軸向分析截面，重復步驟5獲得定量紋影圖像中先導通道氣體瞬態溫度二維分布情況，并通過選取不同位置的莫爾條紋進行分析，通過連續分析多個圖像獲得先導放電通道二維分布的時域演化規律；

步驟8：通過對比單次放電中利用定量紋影和莫爾條紋正交雙光路觀測系統中兩種方法的先導通道氣體溫度分布時域演化測量結果，實現系統測量結果準確性的自校驗。

2.一種基于權利要求1所述的觀測方法的先導放電通道氣體瞬態溫度正交觀測系統，其特征在于，包括：定量紋影測量光路、莫爾條紋測量光路、放電電極(3)、轉換單元、示波器(6)、第一數據存儲單元(7)和第二數據存儲單元(8)；

所述定量紋影測量光路用于獲取先導放電通道的定量紋影圖像；

所述莫爾條紋測量光路用于獲取先導放電通道的莫爾條紋圖像，并與所述定量紋影測量光路正交布置；

所述放電電極(3)設置在所述定量紋影測量光路和所述莫爾條紋測量光路的正交光路交匯處，通過施加正極性沖擊電壓波形在所述放電電極(3)端部產生先導放電通道密度梯度場；

所述示波器(6)用于先導放電實驗電壓波形的實時測量和顯示，并輸出用于所述定量紋影測量光路和所述莫爾條紋測量光路中圖像獲取的同步觸發以實現同步測量的TTL脈沖信號；

所述第一數據存儲單元(7)的輸入端與所述定量紋影測量光路的第一輸出端連接，用于存儲先導放電通道的定量紋影圖像；

所述轉換單元的輸入端與所述定量紋影測量光路的第二輸出端連接，所述轉換單元的輸出端與所述莫爾條紋測量光路的輸入端連接，用于實現所述定量紋影測量光路與所述莫爾條紋測量光路之間的曝光時鐘脈沖信號的光電轉換和傳輸；

所述第二數據存儲單元(8)的輸入端與所述莫爾條紋測量光路的輸出端連接，用于存儲先導放電通道的莫爾條紋圖像。