[發明專利]實時監測火焰溫度場脈動的太赫茲裝置及測量方法

在審

• 申請號: 202110381835.6
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113280941A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 宋艷;楊立軍;李敬軒
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種實時監測火焰溫度場脈動的太赫茲裝置，其特征在于：包括泵浦飛秒激光器、探測飛秒激光器、分束鏡、反射鏡、鎖頻控制系統、信號觸發系統、太赫茲產生裝置、信號采集系統、二維位移平臺及計算機；

所述泵浦飛秒激光器和探測飛秒激光器用于產生泵浦光束和探測光束；泵浦光束和探測光束分別通過分束鏡一和分束鏡三分束，反射的泵浦鎖頻激光和探測鎖頻激光光束進入鎖頻控制系統；經分束鏡一和分束鏡三透射的光束再次分別被分束鏡二和分束鏡四分束，反射的泵浦觸發激光和探測觸發激光光束進入信號觸發系統，產生觸發信號進入信號采集系統；透過分束鏡二的泵浦測試激光進入太赫茲波產生裝置產生太赫茲脈沖；透過分束鏡四的探測測試激光被反射鏡反射后，進入信號采集系統并與攜帶火焰信息的太赫茲波會合；信號采集系統輸出信號被計算機所采集；

所述鎖頻控制系統用于保證泵浦飛秒激光器和探測飛秒激光器輸出脈沖的重復頻率間有一個固定的差值；

所述信號觸發系統用于觸發采集信號；

所述太赫茲波產生裝置用于產生測量太赫茲波；

所述信號采集系統用于檢測通過火焰樣品后的待測太赫茲波的透射功率；

所述二維位移平臺用于調整測試火焰樣品位置。

2.如權利要求1所述實時監測火焰溫度場脈動的太赫茲裝置，其特征在于：所述鎖頻控制系統包括光電二極管一、光電二極管二、微波放大器一、微波放大器二、雙平衡混頻器一、雙平衡混頻器二、頻率-電壓轉換器、PID控制器、運算放大器一和壓電式換能器；光電二極管一探測泵浦鎖頻激光的重復頻率后其信號被微波放大器一放大，光電二極管二探測探測鎖頻激光的重復頻率后其信號被微波放大器二放大，微波放大器一和二的信號被送入雙平衡混頻器一，得到兩束激光脈沖的重復頻率差，并將頻率差發送到頻率-電壓轉換器，頻率-電壓轉換器的輸出信號作為平衡混頻器二的輸入，隨后雙平衡混頻器二的輸出反饋到PID控制器，然后被發送至運算放大器一，放大后的信號用來驅動位于泵浦飛秒激光器上的壓電式換能器。

3.如權利要求1所述實時監測火焰溫度場脈動的太赫茲裝置，其特征在于：所述信號觸發系統包括聚焦透鏡二、光電二極管三、微波放大器三、運算放大器二及觸發信號探測器；泵浦觸發激光和泵浦觸發激光經聚焦透鏡二聚焦在光電二極管三上，產生觸發信號，此觸發信號經過微波放大器三濾除直流信號，經運算放大器二放大后輸入到觸發信號探測器，從而觸發A/D數據采集卡并開始進行數據采集。

4.如權利要求1所述實時監測火焰溫度場脈動的太赫茲裝置，其特征在于：所述太赫茲產生裝置包括聚焦透鏡一、太赫茲產生晶體、離軸拋物面鏡一、離軸拋物面鏡二、離軸拋物面鏡三和離軸拋物面鏡四；泵浦測試激光由聚焦透鏡一聚焦到光電導天線型太赫茲發射器上，在外加偏置電壓的作用下輻射出太赫茲脈沖，發散的太赫茲脈沖經離軸拋物鏡的一的反射準直后成為平行的太赫茲波，太赫茲脈沖經離軸拋物鏡二反射后穿過火焰區域，攜帶火焰信息的太赫茲脈沖經離軸拋物鏡三和四的反射聚焦后進入信號采集系統。

5.如權利要求1所述實時監測火焰溫度場脈動的太赫茲裝置，其特征在于：所述信號采集系統包括的硅片、太赫茲感應晶體、1/4波片、沃拉斯頓棱鏡、平衡探測器及A/D數據采集卡；太赫茲脈沖穿過硅片會聚到太赫茲感應晶體上，探測測試激光經硅片反射與會聚到太赫茲感應晶體上的太赫茲脈沖準直重合，經1/4波片后，其偏振態由原來的線性偏振光變成橢圓偏振光，后經沃拉斯頓棱鏡被分解為水平偏振和垂直偏振的兩束光，隨后由平衡探測器測量太赫茲波強度，并最終被A/D數據采集卡采集后再送入計算機進行進一步的處理；A/D數據采集卡通過觸發信號探測器數據線與觸發信號探測器相連。

6.如權利要求1所述實時監測火焰溫度場脈動的太赫茲裝置，其特征在于：所述的二維光學平移臺上放置燃燒樣品，記水平向外為x方向，垂直向上為y方向，太赫茲波傳播方向為z方向；測試時通過在x和y方向調整二維平移臺，使太赫茲脈沖透過火焰的不同位置，實現火焰溫度場的掃描測量。