[发明专利]实时监测火焰温度场脉动的太赫兹装置及测量方法

说明书

本发明涉及一种实时监测火焰温度场脉动的太赫兹装置及测量方法，装置包括激光器、分束镜、聚焦透镜、抛物面镜、反射镜、太赫兹产生晶体、太赫兹感应晶体、锁频控制系统、信号触发系统、信号采集系统、二维位移平台等。泵浦和探测飞秒激光器发出激光经分束镜后分成泵浦锁频、泵浦测量和探测锁频、探测测量激光，泵浦和探测锁频激光用以控制两激光器的重复频率差，泵浦和探测测量激光再次被分束镜分成泵浦触发、泵浦测试激光和探测触发、探测测试激光，泵浦触发和探测触发激光用于触发数据采集系统，泵浦测试激光用于产生太赫兹波并与待测火焰相互作用，探测测试激光经反射后由信号采集系统采集并由计算机分析解析出其中火焰的信息。本发明可应用于不稳定燃烧检测，具有安全、信噪比高等特点。

技术领域

本发明属于燃烧检测技术领域，特别是涉及一种实时监测火焰温度场脉动的太赫兹装置及测量方法。

背景技术

燃烧现象广泛存在于石油化工、航空航天、冶金和电力等众多工业过程中。火焰是燃烧现象的可见形态，而火焰温度测量是燃烧诊断领域的一个的状态参数，它的研究对于燃烧过程中诸如辐射、对流及导热等不同形式的热量传递是至关重要的。但由于火焰燃烧过程的复杂性，参加反应的物质的成分、比例及燃烧条件也时有变化，因而使得火焰的燃烧状态不断发生变化，燃烧温度的实时监测变得十分困难，因此特别需要将新型技术应用到火焰温度场的实时测量和分析之中，从而推动燃烧规律的认识和火焰燃烧本质的揭示。

从原理上目前燃烧温度测量方法一般来说可分为接触式测温法和非接触式测温法两大类。其中，接触式测量包括热电偶测温法、压力表测温法、光纤测温法等。接触法具有简单、直观、可靠、测量精度高的特点，但是测量时，由于需达到热平衡，其测量响应往往具有一定的滞后性，很难保证测量的实时性；此外，测量仪器的感温元件需直接与被测对象接触，在测量高温或腐蚀性物质时不仅容易造成感温元件的损坏，而且会造成被测温度场的扰动，从而影响测量结果的准确性。为克服这些不足，目前发展了多种光学方法和声学方法来实现火焰温度的非接触式测量，它们主要利用被测介质中的声速或光谱响应与温度间的函数关系进行研究，由于感温元件不需与被测介质达到热平衡，因此可以对温度场进行无损的在线、实时测量，具有响应速度快、测量精度高、测量温度范围广、灵敏度高、抗腐蚀能力强等优点。随着对测温技术要求的提高，研究快速、高灵敏度的燃烧温度传感方法不仅有助于燃烧机理的深入研究，而且对于优化燃烧、降低污染、保障燃烧设备安全高效运行具有重要的指导意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种实时监测火焰温度场脉动的太赫兹装置及测量方法，提高现有测量方法的精度和测量速度，实现预混及非预混火焰高频不稳定性的分析实现燃烧场温度及温度脉动的非接触测量。

本发明所采用的技术方案如下：

本发明公开了一种实时监测火焰温度场脉动的太赫兹装置，包括泵浦飞秒激光器、探测飞秒激光器、分束镜、反射镜、锁频控制系统、信号触发系统、太赫兹产生装置、信号采集系统、二维位移平台、计算机。

所述泵浦飞秒激光器和探测飞秒激光器用于产生泵浦光束和探测光束；所述泵浦光束和探测光束分别通过分束镜一和分束镜三分束，反射的泵浦锁频激光和探测锁频激光光束进入所述锁频控制系统；经分束镜一和分束镜三透射的光束再次分别被分束镜二和分束镜四分束，反射的泵浦触发激光和探测触发激光光束进入所述信号触发系统，产生触发信号进入所述信号采集系统；透过分束镜二的泵浦测试激光进入所述太赫兹波产生装置产生测量太赫兹脉冲；透过分束镜四的探测测试激光被反射镜反射后，进入信号采集系统并与携带火焰信息的太赫兹波会合；信号采集系统输出信号被所述计算机所采集。

所述锁频控制系统用于保证泵浦飞秒激光器和探测飞秒激光器输出脉冲的重复频率间有一个固定的差值；

所述信号触发系统用于触发采集信号；

所述太赫兹波产生装置用于产生测量太赫兹波；

所述信号采集系统用于检测通过火焰样品后的待测太赫兹波的透射功率；