[发明专利]一种煤油燃烧场OH-PLIF测量中消除煤油干扰的装置及方法

权利要求书

1.一种煤油燃烧场OH-PLIF测量中消除煤油干扰的装置，其特征在于：包括激励激光器、频域滤光单元、成像探测单元、辅助光路单元以及计算机；

激励激光器用于在煤油燃烧场内激励OH、煤油获得荧光信号，所述荧光信号两种：激励激光器在OH共振激励线上激励OH、煤油获得混合荧光信号或者在非OH共振激励线可只激励煤油产生单独煤油荧光；

频域滤光单元分别用于选择性透过受煤油荧光干扰的OH荧光和单独煤油荧光，且滤除其他波段杂散光信号；

成像探测单元用于对两种荧光信号进行成像测量，获得单独煤油荧光强度分布情况以及OH、煤油混合荧光强度分布情况；

辅助光路单元用于对激励激光器发射的激励激光进行调整，包括光束的方向调整、光束整形实现均匀薄片状光激励以及获取激励激光的能量；

计算机通过获取的单独煤油荧光强度分布、OH、煤油混合荧光强度分布以及强度矫正系数，计算出准确的OH荧光强度分布；

所述激励激光器为一个，激光脉宽为10ns，波长在280-295nm范围可调谐，激励光线宽小于0.1cm^-1；测量过程中激励激光器输出波长处于OH共振激励线，在空气内波长为285.004nm，共振激励出OH、煤油混合荧光；

频域滤光单元为一个305-320nm带通滤光片，用于选择性透过受煤油荧光干扰的OH荧光；

成像探测单元为两台像增强相机，采样门宽在20-100ns范围内设置，两台像增强相机采样时间相对激励激光延时分别在15-100ns、100-200ns，两台像增强相机采样时间间隔大于两台像增强相机采样门宽，且分别测量获得OH、煤油混合荧光图像C1与煤油荧光图像C2。

2.根据权利要求1所述的煤油燃烧场OH-PLIF测量中消除煤油干扰的装置，其特征在于：所述辅助光路单元包括反射镜、合束镜、分束镜、能量计以及光束整形装置；

其中，反射镜、合束镜、分束镜以及光束整形装置均沿激励激光的光路依次设置；

分束镜分出的光束一部分被能量计接收探测。

3.一种煤油燃烧场OH-PLIF测量中消除煤油干扰的方法，其特征在于，采用的煤油燃烧场OH-PLIF测量中消除煤油干扰的装置包括激励激光器、频域滤光单元、成像探测单元、辅助光路单元以及计算机；

激励激光器用于在煤油燃烧场内激励OH、煤油获得荧光信号，所述荧光信号两种：激励激光器在OH共振激励线上激励OH、煤油获得混合荧光信号或者在非OH共振激励线可只激励煤油产生单独煤油荧光；

频域滤光单元分别用于选择性透过受煤油荧光干扰的OH荧光和单独煤油荧光，且滤除其他波段杂散光信号；

成像探测单元用于对两种荧光信号进行成像测量，获得单独煤油荧光强度分布情况以及OH、煤油混合荧光强度分布情况；

辅助光路单元用于对激励激光器发射的激励激光进行调整，包括光束的方向调整、光束整形实现均匀薄片状光激励以及获取激励激光的能量；

计算机通过获取的单独煤油荧光强度分布、OH、煤油混合荧光强度分布以及强度矫正系数，计算出准确的OH荧光强度分布；

所述激励激光器为两个，分别为激励激光器L1和激励激光器L2，两个激励激光器的激光脉宽均为10ns，激励光线宽小于0.1cm^-1，波长可在280-295nm范围调谐，激励激光器L1和激励激光器L2出光时间间隔在10-1000ns范围内可调；

其中，激励激光器L1处于OH共振激励线，在空气内波长为285.004nm，共振激励出OH、煤油混合荧光；激励激光器L2远离OH共振激励线，选择284.97nm波长，仅激励产生单独煤油荧光；

频域滤光单元采用一个305-320nm带通滤光片，用于透过受煤油荧光干扰的OH荧光，滤除实验杂散光；

成像探测单元选择双帧双曝光像增强相机或者两台像增强相机，采样时刻分别与激励激光器L1和激励激光器L2同步，曝光时间小于激光出光时间间隔，测量获得激励激光器L1激励产生的混合荧光图像C1及激励激光器L2激励产生的煤油荧光图像C2；

具体获取准确的OH荧光强度的步骤如下：

【1】使用激励激光器L1使其与成像探测单元第1帧采样时刻同步，门宽20ns，获得OH、煤油混合荧光信号S_1M(x,y)；使用激励激光器L2使其与成像探测单元第2帧采样时刻同步，门宽20ns，获得单独煤油荧光信号S_2K(x,y)，测量过程中实时测量两个激励激光的激光能量；

【2】在与步骤【1】相同的探测参数设置条件下，将激励激光器L1调至与激励激光器L2同波长，共同激励煤油，测量获得煤油荧光荧光强度空间分布S'_1K(x,y)及S'_2K(x,y)并实时监控记录两个激励激光器的激光能量；

【3】按照激励激光器L1、激励激光器L2能量将S'_1K(x,y)、S'_2K(x,y)、S_1M(x,y)及S_2K(x,y)归一化获得NS'_1K(x,y)、NS'_2K(x,y)、NS_1M(x,y)及NS_2K(x,y)，计算获得各空间位置的强度矫正系数Nk_L(x,y)＝NS'_1K(x,y)/NS'_2K(x,y)；

【4】在归一化混合荧光信号中按强度矫正系数比例消除煤油荧光干扰，则OH强度分布为：NS_OH(x,y)＝NS_1M(x,y)-Nk_L(x,y)·NS_2K(x,y)。