[实用新型]基于飞秒激光诱导化学发光的流场温度测量装置

说明书

本实用新型公开了一种基于飞秒激光诱导化学发光的流场温度测量装置，包括待测流场、飞秒激光器、光谱仪、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、ICCD相机和计算机，第二聚焦透镜和光谱仪依次设置于待测流场的一侧，光谱仪和ICCD相机相连。飞秒激光器发射出飞秒激光，飞秒激光具有自聚焦成丝效应，经过第一聚焦透镜后将光丝引入含碳氮的待测流场中；在飞秒激光的诱导下发生化学反应并发射荧光信号，荧光信号由第二聚焦透镜收集并进入光谱仪，利用光谱仪分光；再由ICCD相机记录分光后的光谱数据并传输到计算机，由计算机对数据进行分析处理，并反演出流场一维的温度分布信息。本实用新型具有非侵入、空间分辨率高、信噪比高、精度高、无干扰、标定简单等优点。

技术领域

本实用新型属于激光光谱技术领域，具体涉及一种基于飞秒激光诱导化学发光的流场温度测量装置。

背景技术

流场的温度、速度、组分浓度及质量流量等参数的精确测量对于发展先进推进系统至关重要。其中，对于流场温度的精确测量有助于提高燃烧效率，降低污染物排放以及优化燃烧过程等。同时，流场温度的精确测量可以为计算流体力学(computational fluiddynamics，CFD)仿真软件模拟提供精确的实验数据支持。目前，对于流场温度测量主要有非光学手段和光学手段。

非光学手段测量流场温度的方法以壁面传感器及侵入式探针为主。随着研究的深入，对实验数据的精度，维度等提出了新的要求，非光学测量手段的局限性日益凸显。如壁面传感器测量温度具有空间局限性；而侵入式探针会破坏流场的结构，扰乱流动，不能真实反映流场的实际情况。

基于激光技术的光学测温手段，拥有非侵入、高精度，多维以及可实时在线测量等优势，已成为流场温度测量的重要手段之一。目前，流场温度测量的光学技术主要有相干反斯托克斯拉曼散射[1](coherent anti-Stokes Raman scattering,CARS)，瑞利散射[2](Rayleigh scattering，RS)，过滤瑞利散射[3](filtered Rayleigh scattering，FRS)，可调谐半导体激光吸收光谱[4](Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS)，平面激光诱导荧光[5](planar laser induced fluorescence，PLIF)等。CARS测温技术已经发展的十分成熟，测量精度高，但测量系统相对复杂，且只能实现单点测量；瑞利散射和过滤瑞利散射测温技术能够获得二维温度场分布，但是测量精度相对较差；TDLAS测温技术成本低，响应速度快，但是该技术是一种路径积分测量方法，不具有空间分辨能力[6]；PLIF技术可以应用在复杂组分条件下温度二维分布测量之中，但是该方法在高压情况下有很大的限制。

[1]Roy S,Kinnius P J,Lucht R P,et al.Temperature measurements inreacting flows by time-resolved femtosecond coherent anti-Stokes Ramanscattering(fs-CARS)spectroscopy[J].Optics Communications,2008,281(2):319-325.

[2]Kampmann S,Leipertz A,K,et al.Two-dimensional temperaturemeasurements in a technical combustor with laser Rayleigh scattering[J].Applied optics,1993,32(30):6167-6172.

[3]Hoffman D,Münch K U,Leipertz A.Two-dimensional temperaturedetermination in sooting flames by filtered Rayleigh scattering[J].Opticsletters,1996,21(7):525-527.