基于激光诱导偏振光谱与激光诱导荧光技术的CH4/AIR火焰参数测量

建立了激光诱导偏振光谱（LIPS）和激光诱导荧光（LIF）联合的燃烧流场诊断系统,测量了CH4/AIR预混火焰中心不同高度处的OH荧光光谱和激光诱导偏振光谱,计算了OH的浓度及燃烧场温度分布。分析了燃烧炉表面对荧光收集效率的影响,并对两种技术的测量数据进行了分析比对,获得了火焰中心OH密度的分布规律。实验结果表明,联合LIPS和LIF两种技术测量CH4/AIR预混火焰参数是可行的,两种技术测量结果的一致性较好,OH浓度的相对偏差小于5%,温度的相对偏差小于8%。     

应用于FAGE技术测量OH自由基的激光器波长修正方法研究

研究了一种应用于气体扩张激光诱导荧光(FAGE)技术测量OH自由基的染料激光器波长修正方法。该方法采用镍铝丝热解水汽产生稳定的高浓度OH自由基,利用重复频率为8500 Hz的染料激光器输出波长约282 nm激光作为光源.激发低压腔内热解产生的高浓度高稳定性OH自由基产生荧光,由普通光电倍增管和光电二极管分别探测激发荧光和出腔激光强度。通过延时信号发生器统一触发激光器和高速数据采集卡并结合LabVIEW软件处理得到单位激光强度的荧光积分强度数据。连续两次扫描激光波长,当第二次扫描的荧光积分强度达到第一次最大值的0.95倍时,停止波长扫描,此时的激光器波长位置即为激发线位置。本文首先扫描激光波长,研究了282 nm激发机制下的OH自由基激发谱;然后在Q_1 2激发线位置探究了气体湿度、氧气含量、进气量以及抽速对荧光积分强度和寿命的影响;并分析了镍铝丝热解水的反应机理,初步认为热解中OH自由基主要来源于氧原子与水的反应。在以上荧光积分强度和寿命影响因素的研究基础上,优化了系统参数,使荧光积分强度波动小于±1.9%。连续多次进行波长修正,修正偏差为0.1pm。该方法能够满足气体扩张激光诱导荧光(FAGE)技术定量精确测量大气OH自由基对波长的要求。     

二维偏振光谱技术对燃烧场的诊断

利用单脉冲激光诱导偏振光谱技术测量了甲烷/空气预混火焰、酒精灯火焰和固体燃剂燃烧场中OH的二维分布。简述了激光诱导偏振光谱技术的基本原理和二维测量的实验方法;通过测量火焰中OH自由基A~2∑~+-X~2∏(0,0)跃迁带中Q1(8)吸收线的强度,获得了燃烧场中OH的二维分布。实验结果对了解火焰构造,研究燃烧机理等有一定的参考价值。     

NO激光诱导荧光对高焓气流温度的测量

由于真实气体效应，高超声速流场的研究仍然依赖于大量的实验.流场温度是实验的重要参数，目前只能通过具有非入侵性质的光学测量手段获得，然而，由于多方面的难题，鲜有对高焓流场参数测量的报道.文章介绍了利用激光诱导荧光（laser-induced fluorescence，LIF）技术对JF-10氢氧爆轰激波风洞产生的高焓实验气流温度的测量工作.搭建了用于脉冲式风洞的LIF测量系统，使用了NO分子作为荧光组分.因为高焓流场实验条件苛刻，本实验对传统的激光设置进行了调整，使用了平行于拍摄方向的竖直平面激光激发NO，使荧光信号更为集中，获得了清晰的LIF图像.利用双线测温法（two-line thermometry，TLT）测量高焓自由流中NO分子的转动温度，从而确定气流的平转温度.测量结果表明，JF-10实验气流的平转温度为600 K.      

基于差分光学吸收光谱方法的OH自由基定标系统研究

介绍了一种基于差分光学吸收光谱(DOAS)方法的OH自由基定标系统, 该系统可产生一定浓度的OH自由基并同时进行精确测量. 系统采用紫外灯185 nm光线分解水汽产生OH自由基, 利用500 W氙灯准直光作为光源; 使用基长1.25 m、反射次数60次、总光程75.0 m的多次反射池来增加OH自由基的吸收光程; 以超高分辨率中阶梯光栅光谱仪(最高分辨率3.3 pm)作为光谱采集系统对光谱信号进行采集, 采用DOAS测量方法获得OH自由基的浓度. 通过改变腔内水汽的浓度, 系统准确测量了5×10⁸-1.8×10¹⁰ molecules/cm³浓度范围的OH自由基. 分析了OH自由基测量过程中受到的吸收截面偏差、气压等因素影响, 得到系统总测量误差小于7.3%. 在实验的浓度范围内, 系统可用于大气OH自由基气体扩张激光诱导荧光测量技术的定标.     

亚硝基苯光解过程中的能量配置

利用单光子激光诱导荧光 (LIF)技术 ,测量了亚硝基苯 (C6H5NO)初生态光解碎片NO(X 2 　Πv″=1,2 ,3)的转动光谱 .通过对初生态光解碎片NO(X2 　Π )内能态布居的分析 ,得到了NO(X 2 　Π )的转动温度和相对振动布居比 ,研究了亚硝基苯在 2 6 6nm激光光解过程中的能量配置情况 .与小分子相比 ,大的亚硝基苯分子 ,其光解过程中能量分布很宽 ,涉及到所有自由度 .     

激光诱导荧光法测量OH自由基中激光产生的OH自由基转动能级布居及其对测量的影响

对激光诱导荧光法测量对流层OH自由基时,激光与大气中的臭氧及水蒸气作用产生的OH自由基的转动态分布及其随时间的演化进行了研究,并对新生的OH自由基对荧光信号的干扰强度进行了讨论。     

OH自由基共振荧光的门控光子计数测量

针对气体扩张激光诱导荧光测量低浓度OH自由基系统中短寿命低强度荧光的检测需求,提出了一种共振荧光的门控光子计数测量方法,通过光电倍增管的快速门控电路设计,实现纳秒级时序内荧光的选择性测量.使用一个13级高增益端窗光电倍增管进行荧光探测,通过改变光电倍增管打拿极上的加载电压来实现光电倍增管的快速门控.电路可获得稳定的调制电压,开关延迟时间为168ns,上升沿时间约20ns.对门控电路进行器件优化及匹配参量后,采用调制打拿极d1d3d5的方式,开关引起的光电倍增管噪声降至210ns以内,调制开关比优于10~5.将门控系统应用于气体扩张激光诱导荧光系统OH自由基的荧光探测,有效获得自由基荧光信号.对307.8~308.2nm波段内的OH自由基激发谱线进行了测量,实验结果表明,门控电路能有效抑制激光杂散光的影响,实现低浓度OH自由基共振荧光信号测量.     

混合比和燃烧组分浓度测量系统的原理和设计

研制了一套新型测量系统，系统由YGA激光器、染料激光器、晶体组、CCD摄像机、图像处理系统和附件等组成．与反斯托克斯拉曼散射、激光诱导荧光、平面激光诱导荧光和拉曼散射系统相仿，该系统具有测量燃烧组分浓度的功能．此外，它还可以测量喷嘴氧化剂和燃料的混合比分布，测量参数是给定时间内给定区域的统计值．系统已经成功用于液体火箭发动机气／气喷嘴、气／液喷嘴和液／液喷嘴喷雾场混合比分布特性研究，并已用于CO、CO2、NO、NO2、OH和H2O（g）等燃烧产物组分的浓度测量，这种新系统将成为液体火箭发动机工作过程研究的有力分析工具．     

燃烧场参数的激光诊断技术研究

 介绍了燃烧场参数的激光诊断技术的研究进展，给出了用自发拉曼散射、激光诱导荧光、相干反斯托克斯拉曼散射法诊断燃烧场温度和组分的实验系统和部分实验结果，单次测量火焰的温度和组分浓度相对误差小于10%；利用平面激光诱导荧光技术获得了稳定燃烧场二维OH荧光图像，并分析了激光作用区域火焰二维温度场的分布。     

NO分子A2Σ→X2Π双光子激光感生荧光光谱

以Nd∶YAG激光器抽运光学参变振荡器 /光学参变放大器做为激发源 ,得到了NO分子在 2 2 0～ 35 0nm波长范围内的双光子激光诱导荧光光谱 ,并将其归属于A2 Σ(ν′ =0 )→X2 Π(ν″ =1～ 8)跃迁 ,用最小二乘法拟合获得NO分子X2 Π态振动常量″ωe =(190 4 .7± 7.3)cm-1,″ωe ″xe =(14 .2± 1.2 )cm-1,″ωe″ye=- (0 .0 2 18± 0 .0 0 91)cm-1,及平衡位置的力常量k =(1.5 99± 0 .0 12 )× 10 3 N·m-1。计算了所得跃迁谱带的弗兰克康登因子及相对荧光强度 ,结果与实验观测值相符。这可为用激光诱导荧光光谱技术探测大气污染物NO分子提供理论及实验参考     

Visualization of Crevice Flow in an Engine Using Laser-Induced Fluorescence

A simultaneous visualization technique of reacting and unburned zones using laser-induced fluorescence (LIF) was applied to a high-pressure combustion field in an engine cylinder. Crevice flow from a crevice between a piston and a cylinder wall of a spark ignition gas engine was visualized by LIF of OH and acetone. OH was excited simultaneously with acetone that was seeded into fuel as a tracer by an excitation light at 283.92 nm. Fluorescence signals from each species were detected individually by two intensified CCD cameras using optical band-pass filters which transmit fluorescence wavelength of OH and acetone, respectively. Pressure- and temperature-dependence of LIF signals from each species were evaluated. From the visualized images, it was clarified that oxidation of the crevice flow is stopped at the time of exhaust valve opening. Effects of exhaust port pressure on the oxidation process were investigated.     

水污染物的激光诱导荧光测定

简单介绍了激光诱导荧光（ＬＩＦ） 产生的机理。以３ 倍频Ｎｄ：ＹＡＧ 激光（ 波长３５５ｎｍ） 为激发源,研究了水中几种典型污染物的ＬＩＦ 谱。结果表明这些污染物可用ＬＩＦ 方法加以探测和鉴别。     

模拟溢油样品激光诱导荧光光谱的偏振特性研究

激光诱导荧光是海洋溢油探测的有效手段之一,但该技术的应用易受自然水体中叶绿素、CDOM等物质荧光信号的干扰。为了寻求排除自然水体荧光干扰的方法,基于532 nm连续激光器搭建了激光诱导偏振荧光实验装置,并针对六种不同密度的模拟溢油样品和自然水体开展了荧光光谱偏振特性研究。实验结果发现,与自然水体的荧光光谱不具有明显的偏振特性不同,所有模拟溢油样品的诱导荧光均具有明显的偏振特性,这一结论说明激光诱导荧光光谱的偏振特性可以作为排除叶绿素、CDOM等物质荧光干扰的依据。实验还发现,溢油样品的荧光偏振性质因样品种类而异。在线偏振光激发下,原油样品荧光偏振度随波长逐渐降低,其中重质原油样品偏振度降低幅度最大,轻质原油样品幅度最小,而柴油样品荧光偏振度没有明显变化;当周期性改变激发光的偏振状态时,所有模拟溢油样品的荧光偏振度随之发生趋势相同的周期性波动,中质样品荧光偏振度波动的幅度低于重质样品,但明显超过轻质样品。这一结果说明,模拟溢油样品诱导荧光偏振度的波长变化特性及对激发光偏振态的响应特性均与样品密度存在一定关联,其偏振特性可以作为辅助油种识别的重要参量。     

Toluene laser-induced fluorescence for in-cylinder temperature imaging in internal combustion engines

A single-laser single-camera imaging technique was demonstrated for in-cylinder temperature distribution measurements in a direct-injection internal combustion engine. The single excitation wavelength two-color detection technique is based on toluene laser-induced fluorescence (LIF). Toluene-LIF emission spectra show a red-shift with increasing temperature. Temperature can thus be determined from the ratio of the signal measured in two separate wavelength ranges independent of the local tracer concentration, laser pulse energy, and the intensity distribution. An image doubling and filtering system is used for the simultaneous imaging of two wavelength ranges of toluene LIF onto the chip of a single camera upon excitation at 248 nm. The measurements were performed in a spark-ignition engine with homogeneous charge and yielded temperature images with a single-shot precision of approximately ±?6%.     

利用特征光谱荧光标记与高斯拟合分析水体中有机物的特性

讨论了一种自然水体中有机物的快速分析方法,以激光诱导荧光(LIF)方法测量了水体的总荧光光谱(TLS);利用特征光谱荧光标记(SFS)技术对水体中溶解有机物(DOM)及叶绿素a(Chl a)的荧光光谱进行了正确的指认和提取。以最小二乘法-Gaussian拟合对水体的TLS进行了拟合,可有效地分离出拉曼散射及荧光光谱,拟合的相关系数优于0.996 4。结果表明,通过在TLS中利用SFS技术正确的指认特定污染物,并以Gaussian拟合进行有效地提取,可以进行水体污染物的快速、实时和在线监测。     

Spectroscopic,calibration and RET issues for linear laser-induced fluorescence measurements of nitric oxide in high-pressure diffusion flames

Two different strategies are compared for linear laser-induced fluorescence (LIF) measurements of nitric oxide concentration ([NO]) in counter-flow diffusion flames at high pressures via the A-X(0,0) system. Excitation of NO via a rovibronic transition at 226.03 nm is found to be slightly better compared to a previously utilized excitation wavelength of 225.58 nm. An indirect approach based on the computed spectral overlap fraction is verified and applied to calibrate [NO] measurements in counter-flow diffusion flames at high pressures. A five-level model for NO molecular dynamics is presented and utilized to investigate the effects of rotational energy transfer (RET) on linear LIF measurements of [NO] at pressures up to 15 atm. The results indicate that rotational relaxation effects are essentially negligible under high-pressure conditions at low laser fluences, and thus they need not be accounted for when measuring [NO] using linear LIF. The calibration technique is validated by direct comparisons to [NO] measurements made at pressures up to 5 atm via another calibration method, based on doping NO in counter-flow premixed flames at the same pressure. Using this calibration technique, LIF measurements of [NO] are obtained in a series of counter-flow diffusion flames at pressures up to 15 atm. These measurements are found to be in excellent agreement with previously reported measurements of [NO] in similar flames. PACS 07.35.+k; 33.20.Sn; 42.62.Fi     

激光诱导水体频率上转换的荧光发射

用Nd：YAG的二倍频532 nm激光对几种不同水体的激光诱导荧光(LIF)光谱进行了测量,利用特征光谱荧光标记(SFS)技术指认出水体中溶解有机物(DOM)、叶绿素a(Chl a)及类胡萝卜素等物质的特征光谱带。指出在455 nm波长处具有较大强度的荧光峰是附属色素中抗氧化作用的类胡萝卜素(PPC)的贡献。提出了激光诱导PPC荧光频率上转换发射的动力学模型。     

NO2分子内能传递和弛豫过程的光声和荧光光谱探测

将荧光光谱和光声光谱两种互补的探测技术结合起来,从辐射和无辐射跃迁两个方面,分析了 532nm激光作用下,NO2分子的激发和弛豫过程.发现NO2分子在激光作用下,将跃迁至第一激发电子态.当样品气压较低时,受激NO2分子除辐射荧光外,可通过快速的内能转移过程实现在几个振转能级的再布居;随样品气压的升高,分子间碰撞加剧,受激NO2分子通过分子间的碰撞,实现在多个振转能级的再布居.激光布居能级的荧光辐射效率随样品气压的升高逐渐降低,而长波区域的荧光辐射及光声信号强度逐渐增强,说明在高样品气压条件下,受激NO2分子的弛豫过程除辐射荧光外,还存在很强的碰撞弛豫过程,在碰撞弛豫过程中受激NO2分子将振动能转化为热运动的平动能,引起温度升高而产生很强的声信号.     

用特征光谱荧光标记技术分析水中溶解有机物特性

讨论了一种自然水体中有机物的快速诊断分析方法。介绍了总荧光光谱(TLS)和特征光谱荧光标记(SFS)技术;以激光诱导荧光(LIF)方法测量了水体的总荧光光谱,利用特征光谱荧光标记技术对水体中溶解有机物(DOM)及叶绿素a(Chla)进行了分析,并给出了不同浓度腐殖酸的归一化荧光强度与浓度的关系曲线．结果表明,利用特征光谱荧光标记技术对水体总荧光光谱的分析,可以进行水体污染物的快速、实时和在线监测。