[发明专利]基于激光诱导光栅测量气体温度和热扩散率的方法及装置

权利要求书

1.一种基于激光诱导光栅测量气体温度和热扩散率的方法，包括以下步骤：

(1)由脉冲激光器产生的激发光源被分光镜分为两束激发光，两束激发光经过布置光路后，以角度θ相交于O点位置，在O点位置激发诱导光栅；

(2)连续激光器产生探测光，探测光以布拉格角度β入射到两束激发光的相交位置O点，在诱导光栅处发生散射，产生信号光；

(3)信号光经过信号采集光路中的滤波镜、聚焦透镜组后，其光电信号被光电倍增管接收，高速采集仪记录振幅强度变化的信号；

(4)对信号光的振幅强度变化曲线进行傅里叶频率分析得到信号光振荡频率f_c，结合光栅间距Λ和f_c计算目标温度参数T；

(5)对信号光的振幅强度变化曲线进行数据拟合得到信号强度衰减曲线，进而得到其时间常数τ₀，并根据时间常数τ₀计算气体热扩散率a。

2.根据权利要求1所述的基于激光诱导光栅测量气体温度和热扩散率的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的布置光路包括对称布置的第一反射镜和第二反射镜，两束激发光分别经第一反射镜和第二反射镜反射后以角度θ相交于O点位置。

3.根据权利要求2所述的基于激光诱导光栅测量气体温度和热扩散率的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的角度θ为2°-4°。

4.根据权利要求1所述的基于激光诱导光栅测量气体温度和热扩散率的方法，其特征在于，所述步骤(2)中布拉格角度β满足：

λ_probe＝2Λsinβ

其中，Λ为光栅的间距，λ_probe为探测光的波长；

其中，λ_pump为激发光波长，θ为两束激发光夹角。

5.根据权利要求1所述的基于激光诱导光栅测量气体温度和热扩散率的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，目标温度参数T的计算公式为：

其中，绝热系数γ、气体常数R_g均为被测气体组分的物性参数。

6.根据权利要求1所述的基于激光诱导光栅测量气体温度和热扩散率的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，信号强度衰减曲线的时间常数τ₀等于信号强度衰减至峰值强度的1/e时所对应的时间长度。

7.根据权利要求6所述的基于激光诱导光栅测量气体温度和热扩散率的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，气体热扩散率a的计算公式为：

其中，Λ为光栅间距；τ₀为时间常数。

8.一种采用权利要求1-7任一所述方法的装置，包括：

激发光单元，包括用于产生激发光的脉冲激光器和布置光路，其中布置光路包括立方体分光镜、用于调整光路的第一反射镜和第二反射镜；

探测光单元，包括用于产生探测光的连续激光器；

信号接收单元，包括滤波镜、聚焦透镜组、光电倍增管和高速采集仪；

脉冲激光器产生的激发光源被立方体分光镜分为两束激发光后依次经过第一反射镜和第二反射镜，相交于O点位置并在O点位置激发诱导光栅后入射到光陷中被弃置；连续激光器产生一束连续探测光，以布拉格角度β经过激发光相交位置点O，在诱导光栅处发生散射，产生信号光，之后入射到光陷中被弃置；信号光经过滤波镜、聚焦透镜组，其光电信号被光电倍增管接收，然后光电倍增管将信号传输至高速采集仪。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述立方体分光镜的分光比为50％∶50％。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一反射镜和第二反射镜对称布置。