[发明专利]一种燃烧火焰温度场瞬时定点诊断装置及方法

说明书

本发明公开了一种燃烧火焰温度场瞬时定点诊断装置。所述装置包括：脉冲激光器、聚焦镜片、激光能量探测计以及三维移动平台。所述装置通过将激光聚焦于火焰待测点的位置，利用激光击穿火焰测点位置产生等离子体，再通过与光路垂直的激光能量探测计瞬时采集聚焦后的激光残余能量。通过对已知温度的火焰或者气体进行探测，得到激光残余能量与温度之间的对应关系，进而实现对待测火焰测点的瞬时温度诊断。本发明实现了燃烧火焰温度场空间内某点瞬时温度的快速诊断。

技术领域

本发明涉及激光诊断对于火焰温度的测量领域，尤其涉及一种燃烧火焰温度场瞬时定点诊断装置及方法。

背景技术

火焰温度是表征燃烧状况的一个重要参数，而火焰的内部温度分布是不均匀的。燃烧场空间温度分布测量的准确性对深入理解燃烧机理，优化燃烧过程具有重要的指导作用。在工业应用领域，燃烧器等动力设备的设计开发也需要快速准确的火焰温度测量。因此实现火焰温度的快速测量是燃烧领域的重要问题。随着光学技术的快速发展，激光诊断技术越来越多地应用于工业生产过程中的状态诊断，包括是在恶劣的燃烧环境。

传统的火焰温度测量可分为接触式和非接触式两大类。接触式测量会干扰流场而且测温元件易受火焰辐射的干扰，在较高的温度下测量探头使用寿命不长。而且接触式测量方法的响应时间长，空间分辨能力差。非接触式测温法主要包括辐射式测温法、光谱测温法和声波测温法，具有无干扰、响应快等优点。辐射测温法是应用最多的测温方法，主要有亮度法、全辐射法、比色法和红外测温技术。亮度法要求火焰温度应在背景温度的变化范围，一般限于1000～2800K范围内测温。全辐射测温法是根据黑体(灰体)的全辐射强度与温度的四次方成正比的原理来测量温度的，由于火焰很难满足黑体(灰体)条件，此方法无法测得火焰的真实温度。而比色法需要进行风光、滤光等过程，能量损失大，一般限于高温测量。前三种测温方法适用于温度较高的情况，而红外测温法受限于光谱响应范围，测温范围有限。辐射式测温法和声波法都是简单地将燃烧场看作一个辐射整体，基于声线或者视线方向的平均温度通过复杂的算法进行二维或者三维温度重建，适用于稳定的、温度梯度变化不大的区域。而光谱测温法容易受火焰背景辐射的干扰且测量光路复杂，如何正确有效地提取光谱信息一直是该方法的研究重点。对于一些用于实验研究的小型火焰，内部温度梯度较大，如何实现火焰内部各点温度的准确测量对燃烧状态诊断具有重要意义，因此需要具有较好空间分辨能力的测温方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃烧火焰温度场瞬时定点诊断装置。本装置通过测量激光与火焰作用后的激光残余能量，得到等离子体生成点的火焰温度，通过多点测量实现火焰内部温度分布情况的诊断。所述激光残余能量为初始激光与火焰作用后被火焰测点吸收后所剩下的激光能量。

本发明的目的能够通过以下技术方案实现：

一种燃烧火焰温度场瞬时定点诊断装置，具体包括：脉冲激光器、激光能量探测计、三维移动平台以及聚焦镜片。

所述脉冲激光器，用于产生特定波长的脉冲激光。

所述聚焦镜片，用于将脉冲激光器产生的激光聚焦于火焰的特定位置。

所述激光能量探测计，用于接收聚焦后的残余激光能量。

所述三维移动平台，用于调整脉冲激光器和激光能量探测计的位置，从而改变火焰测点的位置。

具体地，对于所述脉冲激光器，其激光频率和能量可以根据不同的火焰进行调整。

具体地，所述激光能量探测计，其探头放置于激光光路末端且激光光线垂直，用于探测激光的残余能量。

具体地，测点位置、脉冲激光器的激光头和激光能量探测计探头均应布置在激光光路上，测量频率可以通过调节脉冲激光器发射的激光频率进行调整。

具体地，三维移动平台，用于固定脉冲激光器和激光能量探测计，实现激光聚焦点的移动和激光残余能量的探测，保证对火焰待测点的准确定位。