[发明专利]实时监测火焰热释放率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热释放率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、太赫兹产生及感应晶体、锁频控制系统、信号触发系统、信号采集系统、计算机。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热释放率脉动的太赫兹装置及测量方法。

背景技术

燃烧不稳定性广泛地存在于航空、航天发动机研制过程中，是制约航天事业的发展的瓶颈问题。在实际的燃烧室内，受高温、高压的影响，容易造成系统流体流动、燃烧及声学扰动的耦合，就可能发展为自激振荡或增幅振荡，导致燃烧室压力及热释放急剧脉动，造成燃烧室性能的下降，甚至产生结构性破坏。在燃烧不稳定性分析过程中，燃烧热释放率的动态测量是最为关键的环节，燃烧热释放率的实时准确测量对于燃烧不稳定机理的认识、预测及控制等方面都具有重要的意义。对于实际的发动机的高频不稳定燃烧，受测量仪器和监测手段的限制，很难对非预混燃烧模式的压力、温度、热释放率等参数进行时间分辨测量，因此特别需要将新型技术应用到高频不稳定燃烧参数的测量和分析之中，从而推动不稳定燃烧机理认识和预测模型的建立。

目前热释放率测量多基于测量燃烧中间产物浓度，应用最为广泛的主要有两种方法：化学发光法和激光诱导荧光法。其中，化学法光法主要利用燃烧过程中OH*、CH*和C2*等自由基由激发态跃迁回基态过程中所辐射特定波长的光进行直接成像，并以此为基础得到火焰表面积的定性分析，进而获得火焰的热释放量。但是该方法局限于预混燃烧模式，对于湍流度较高的非预混火焰，则需考虑湍流度、火焰表面褶皱、燃料空气组分、温度和压力等对自由基的影响，从而限制了该方法的适用性。此外，化学发光法测量的是沿光线传播方向的累积结果，很难得到空间分辨的信息。激光诱导荧光法虽然能够提供燃烧热释放率的定性的空间分辨数据，但是需要根据OH*和CH*等中间产物的频率预先调制激光波长。同时，受激光器重复频率及脉冲能量的限制，利用该方法获取热释放率的时间分辨数据较为困难，并且该方法同样局限于中低频的预混燃烧。随着科学、技术的进步，研究适用于非预混火焰高频燃烧热释放率的快速、高灵敏测量方法既有助于加深对燃烧不稳定机理的研究，又有助于对燃烧不稳定进行预测和控制。

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热释放率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。

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热释放率脉动的太赫兹装置，包括泵浦飞秒激光器、探测飞秒激光器、分束镜、锁频控制系统、信号触发系统、太赫兹波产生装置、信号采集系统和计算机。

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及参考太赫兹脉冲；所述信号采集系统包括信号采集系统一、信号采集系统二，透过分束镜四的探测测试激光被分束镜五分束后，反射的探测测试激光进入信号采集系统二，透射的探测测试激光进入信号采集系统一；信号采集系统输出信号被所述计算机所采集。