[發(fā)明專利]實時監(jiān)測火焰溫度場脈動的太赫茲裝置及測量方法

在審

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• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113280941A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋艷;楊立軍;李敬軒
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發(fā)明涉及一種實時監(jiān)測火焰溫度場脈動的太赫茲裝置及測量方法，裝置包括激光器、分束鏡、聚焦透鏡、拋物面鏡、反射鏡、太赫茲產(chǎn)生晶體、太赫茲感應(yīng)晶體、鎖頻控制系統(tǒng)、信號觸發(fā)系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、二維位移平臺等。泵浦和探測飛秒激光器發(fā)出激光經(jīng)分束鏡后分成泵浦鎖頻、泵浦測量和探測鎖頻、探測測量激光，泵浦和探測鎖頻激光用以控制兩激光器的重復(fù)頻率差，泵浦和探測測量激光再次被分束鏡分成泵浦觸發(fā)、泵浦測試激光和探測觸發(fā)、探測測試激光，泵浦觸發(fā)和探測觸發(fā)激光用于觸發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，泵浦測試激光用于產(chǎn)生太赫茲波并與待測火焰相互作用，探測測試激光經(jīng)反射后由信號采集系統(tǒng)采集并由計算機分析解析出其中火焰的信息。本發(fā)明可應(yīng)用于不穩(wěn)定燃燒檢測，具有安全、信噪比高等特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃燒檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種實時監(jiān)測火焰溫度場脈動的太赫茲裝置及測量方法。

背景技術(shù)

燃燒現(xiàn)象廣泛存在于石油化工、航空航天、冶金和電力等眾多工業(yè)過程中。火焰是燃燒現(xiàn)象的可見形態(tài)，而火焰溫度測量是燃燒診斷領(lǐng)域的一個的狀態(tài)參數(shù)，它的研究對于燃燒過程中諸如輻射、對流及導(dǎo)熱等不同形式的熱量傳遞是至關(guān)重要的。但由于火焰燃燒過程的復(fù)雜性，參加反應(yīng)的物質(zhì)的成分、比例及燃燒條件也時有變化，因而使得火焰的燃燒狀態(tài)不斷發(fā)生變化，燃燒溫度的實時監(jiān)測變得十分困難，因此特別需要將新型技術(shù)應(yīng)用到火焰溫度場的實時測量和分析之中，從而推動燃燒規(guī)律的認(rèn)識和火焰燃燒本質(zhì)的揭示。

從原理上目前燃燒溫度測量方法一般來說可分為接觸式測溫法和非接觸式測溫法兩大類。其中，接觸式測量包括熱電偶測溫法、壓力表測溫法、光纖測溫法等。接觸法具有簡單、直觀、可靠、測量精度高的特點，但是測量時，由于需達(dá)到熱平衡，其測量響應(yīng)往往具有一定的滯后性，很難保證測量的實時性；此外，測量儀器的感溫元件需直接與被測對象接觸，在測量高溫或腐蝕性物質(zhì)時不僅容易造成感溫元件的損壞，而且會造成被測溫度場的擾動，從而影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。為克服這些不足，目前發(fā)展了多種光學(xué)方法和聲學(xué)方法來實現(xiàn)火焰溫度的非接觸式測量，它們主要利用被測介質(zhì)中的聲速或光譜響應(yīng)與溫度間的函數(shù)關(guān)系進行研究，由于感溫元件不需與被測介質(zhì)達(dá)到熱平衡，因此可以對溫度場進行無損的在線、實時測量，具有響應(yīng)速度快、測量精度高、測量溫度范圍廣、靈敏度高、抗腐蝕能力強等優(yōu)點。隨著對測溫技術(shù)要求的提高，研究快速、高靈敏度的燃燒溫度傳感方法不僅有助于燃燒機理的深入研究，而且對于優(yōu)化燃燒、降低污染、保障燃燒設(shè)備安全高效運行具有重要的指導(dǎo)意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種實時監(jiān)測火焰溫度場脈動的太赫茲裝置及測量方法，提高現(xiàn)有測量方法的精度和測量速度，實現(xiàn)預(yù)混及非預(yù)混火焰高頻不穩(wěn)定性的分析實現(xiàn)燃燒場溫度及溫度脈動的非接觸測量。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明公開了一種實時監(jiān)測火焰溫度場脈動的太赫茲裝置，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(tǒng)、信號觸發(fā)系統(tǒng)、太赫茲產(chǎn)生裝置、信號采集系統(tǒng)、二維位移平臺、計算機。

所述泵浦飛秒激光器和探測飛秒激光器用于產(chǎn)生泵浦光束和探測光束；所述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所述鎖頻控制系統(tǒng)；經(jīng)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(fā)激光和探測觸發(fā)激光光束進入所述信號觸發(fā)系統(tǒng)，產(chǎn)生觸發(fā)信號進入所述信號采集系統(tǒng)；透過分束鏡二的泵浦測試激光進入所述太赫茲波產(chǎn)生裝置產(chǎn)生測量太赫茲脈沖；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(tǒng)并與攜帶火焰信息的太赫茲波會合；信號采集系統(tǒng)輸出信號被所述計算機所采集。

所述鎖頻控制系統(tǒng)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(fù)頻率間有一個固定的差值；

所述信號觸發(fā)系統(tǒng)用于觸發(fā)采集信號；

所述太赫茲波產(chǎn)生裝置用于產(chǎn)生測量太赫茲波；

所述信號采集系統(tǒng)用于檢測通過火焰樣品后的待測太赫茲波的透射功率；