[发明专利]一种基于吸收光谱的气体参数多维检测系统及测量方法

说明书

本发明涉及激光吸收光谱技术领域，具体为一种基于吸收光谱的气体参数多维检测系统及测量方法，其包括三维平移台模块、待测物理场产生模块和激光模块；W轴旋转台转动设置在底板上；两组X轴平移台滑动设置在W轴旋转台上，两组X轴平移台上均竖直设置安装柱；Z轴平移台a和Z轴平移台b分别滑动设置在两组安装柱上；左支承台和右支承台分别设置在Z轴平移台b和Z轴平移台a上；激光发射模块和激光探测器分别设置在左支承台和右支承台上；热物理场产生装置底部设置升降台。本发明可快速获取待测区域的二维及三维气体热物理参数分布。通过调整待测物理场产生装置的垂直高度，可以获取垂直方向更多的气体热物理参数分布。

技术领域

本发明涉及激光吸收光谱技术领域，具体是一种基于吸收光谱的气体参数多维检测系统及测量方法。

背景技术

激光吸收光谱技术作为一种非侵入式的高精度的检测手段已经被广泛应用于大气环境监测、工业过程监测、燃烧诊断等各个领域。在过去几十年，研究学者进行了基于激光吸收光谱技术单一路径上的气流温度、组分浓度的测量研究和结合层析成像技术的气流温度、组分浓度、流速和压力等热物理参数的重建。

目前，针对非均匀热物理场或燃烧场，大部分研究工作是基于TDLAS技术将多束激光耦合后通过光纤分束器分为平行或不规则的多路激光，随后穿过待测区域，利用多个光电探测器获取不同方位的多条谱线吸收数据，基于层析成像算法实现对待测区域进行二维的热物理参数的重构和检测。然而，这种测量方法存在实验系统复杂、造价昂贵、光路数量及分辨率受限于激光准直器和光电探测器的尺寸、经分束后的激光光强减弱等问题。为了解决这些问题，有研究人员通过光学透镜的变换，将激光从点光源变为面光源，结合二维红外传感器和对待测区域进行多角度的测量，实现了燃烧场相关热物理参数的三维重建。但是这种检测方法固定了激光器和传感器，而改变燃烧器的角度来获取不同方位的吸收光谱信息，可测量燃烧场尺寸仅为25mm×25mm×25mm左右，不利于应用于不同尺度的燃烧场，且二维红外传感器目前价格高，光谱和扫描分辨率不足，影响了该技术的广泛应用。因此，目前尚缺乏通用、高精度、低成本的气流温度、组分浓度等热物理参数的三维重建技术方案及设备。

发明内容

本发明目的是针对背景技术中存在的问题，提出一种基于三维平移台和激光吸收光谱层析成像技术的气体热物理参数多维检测系统及测量方法，可对气流热物理场实现二维或三维的参数重构。

一方面，本发明提出一种基于吸收光谱的气体参数多维检测系统，包括三维平移台模块、待测热物理场产生模块和激光模块；三维平移台模块包括W轴旋转台、X轴平移台、右支承台、Z轴平移台a、Z轴平移台b和左支承台；待测热物理场产生模块包括待测气体热物理场和热物理场产生装置；激光模块包括激光探测器和激光发射模块；

W轴旋转台转动设置在底板上，底板上设置有带动W轴旋转台转动的W轴驱动电机；X轴平移台沿X向滑动设置在W轴旋转台上，X轴平移台设置两组，W轴旋转台上设置有带动X轴平移台移动的X轴动力组件，两组X轴平移台上均竖直设置安装柱；Z轴平移台a和Z轴平移台b分别沿竖直方向滑动设置在两组安装柱上，安装柱上设置有带动Z轴平移台a和Z轴平移台b移动的Z轴动力组件；左支承台和右支承台分别设置在Z轴平移台b和Z轴平移台a上，左支承台和右支承台均水平设置；激光发射模块和激光探测器分别设置在左支承台和右支承台上，激光发射模块和激光探测器之间形成激光光路；底板和W轴旋转台上均竖直设置有供热物理场产生装置穿过的通孔，热物理场产生装置向上产生待测气体热物理场，激光光路穿过待测气体热物理场，热物理场产生装置底部设置升降台。

优选的，X轴动力组件包括X轴驱动电机和螺杆a；X轴驱动电机设置在W轴旋转台上，X轴驱动电机设置两组，X轴驱动电机的输出轴与螺杆a连接，螺杆a沿X向设置两组，X轴平移台上设置有与螺杆a配合的螺纹孔。

优选的，Z轴动力组件包括Z轴驱动电机和螺杆b；Z轴驱动电机设置两组，两组Z轴驱动电机分别设置在两组安装柱顶部，Z轴驱动电机的输出轴与螺杆b连接，螺杆b竖直设置两组，Z轴平移台a和Z轴平移台b上均设置有与螺杆b配合的螺纹孔。