[发明专利]基于激光诱导等离子体光谱的定标方法和装置及测量可燃气体与氧化剂当量比的方法和装置

权利要求书

1.基于激光诱导等离子体光谱的定标方法，其特征是：它由以下步骤实现：

步骤A、将可燃气体、氧气和氮气通入混气罐，形成混合气体，并分别控制所述可燃气体、氧气和氮气的流量；

步骤B、将步骤A中形成的混合气体通入石英玻璃圆管，并使所述混合气体从石英玻璃圆管的管口流出；

步骤C、采用激光器发出激光光束，并将所述激光光束聚焦到步骤B中所述管口位置，击穿管口流出的混合气体，产生等离子体，所述等离子体发出荧光信号；

步骤D、将步骤C中所述等离子体发出荧光信号采用聚焦透镜聚焦到光纤的入口，该光纤将其入口入射的光信号传输到光谱仪；采用计算机分析光谱仪采集的荧光信号，获得等离子体光谱；

步骤E、获取步骤D中所述等离子体光谱中的H特征峰和O特征峰，并计算所述H特征峰和O特征峰的强度比值；

步骤F、改变步骤A所述的可燃气体、氧气和氮气流量和混合气体当量比M次，每次改变之后重复执行步骤A至步骤E，分别获得M个H特征峰和O特征峰的强度比值；

根据获得的M+1个H特征峰和O特征峰的强度比值获得光谱强度比值和当量比的线性关系，完成基于激光诱导等离子体光谱的定标；M为大于2的整数。

2.根据权利要求1所述的基于激光诱导等离子体光谱的定标方法，其特征在于步骤C中激光器输出的激光为单脉冲或重复频率为1-1000Hz的多脉冲激光，输出激光中心波长为532nm；激光脉宽为10ns；激光能量在3mJ至10mJ之间。

3.根据权利要求1所述的基于激光诱导等离子体光谱的定标方法，其特征在于步骤D中光谱仪的响应波段为200nm至1000nm；所述光谱仪中使用的光电转换器件为ICCD，所述ICCD采用激光器脉冲进行触发采集信号，其门宽时间为10ns~500ns。

4.根据权利要求1所述的基于激光诱导等离子体光谱的定标方法，其特征在于步骤F中每次改变混合气体当量比的范围在0.2至2.0之间。

5.实现权利要求1的基于激光诱导等离子体光谱的定标装置，其特征是：它包括燃料气瓶（1）、氧气气瓶（2）、氮气气瓶（3）、一号流量计（41）、二号流量计（42）、三号流量计（43）、混气罐（5）、石英玻璃圆管（6）、一号激光器（71）、一号聚焦透镜（81）、二号聚焦透镜（82）、一号光纤（91）、一号光谱仪（101）和一号计算机（111）；

燃料气瓶（1）内充入可燃气体，氧气气瓶（2）内充入氧气，氮气气瓶（3）内充入氮气；所述燃料气瓶（1）的出气口、氧气气瓶（2）的出气口和氮气气瓶（3）的出气口分别与混气罐（5）的三个进气口连通；一号流量计（41）、二号流量计（42）和三号流量计（43）分别设置在燃料气瓶（1）的出气口、氧气气瓶（2）的出气口和氮气气瓶（3）的出气口处；混气罐（5）的出气口与石英玻璃圆管（6）的末端进气口连通；

一号激光器（71）发出的激光光束入射至一号聚焦透镜（81），经一号聚焦透镜（81）聚焦至石英玻璃圆管（6）的管口，用于击穿该管口流出的混合气体，产生等离子体，所述离子体发出荧光信号；

所述等离子体发出的荧光信号经二号聚焦透镜（82）聚焦至一号光纤（91）的一端，一号光纤（91）的另一端与一号光谱仪（101）的光信号接收端连接；所述一号光谱仪（101）的光谱信号输出端与一号计算机（111）的光谱信号输入端连接。

6.基于激光诱导等离子体光谱测量可燃气体与氧化剂当量比的方法，其特征是：它由以下步骤实现：

步骤一、采用激光器发出激光光束，并将该激光光束聚焦到目标燃烧器中，击穿目标燃烧器中待测可燃气体和氧化剂，产生等离子体；所述等离子体发出荧光信号；

步骤二、将步骤一中的等离子体发出荧光信号采用聚焦透镜聚焦到光纤中，并经光纤传输到光谱仪，采用计算机分析光谱仪采集的荧光信号，获得待测可燃气体和氧化剂的等离子体光谱；

步骤三、获取步骤二中所述待测可燃气体和氧化剂的等离子体光谱中的H特征峰和O特征峰，计算所述H特征峰和O特征峰强度比值，并根据光谱强度比值和当量比的线性关系获得待测气体的当量比。

7.根据权利要求6所述的基于激光诱导等离子体光谱测量可燃气体与氧化剂当量比的方法，其特征在于步骤一中所述待测可燃气体为碳氢燃料或氢燃料。