LIPS技术探测CH4/空气火焰中的OH自由基

论述了激光诱导偏振光谱技术的基本原理,实验方法及其对燃烧场的测量结果.利用光谱扫描方法获得了A2∑ -X2Ⅱ(0,0)跃迁带系列吸收谱线及P1(2)谱线的线型轮廓.测量了CH4/空气预混火焰不同化学配比、不同空间位置OH自由基的相对分布.实验中通过设计精密旋转调节装置有效提高了信噪比.     

基于可调谐二极管激光吸收光谱波长调制技术在线测量燃烧场温度

 介绍了可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）波长调制技术的测温原理。通过选择水在1 397.75 nm和1 397.87 nm处两条邻近的吸收线,运用多功能数据采集卡对二极管激光器进行控制和信号采集,实现了TDLAS波长调制技术对标定燃烧炉甲烷/空气预混火焰温度的实时在线测量,测量重复频率为250 Hz。分析了温度测量数据抖动的原因,结果表明燃烧过程中火焰本身温度的抖动是测量结果波动的主要原因,测量系统的A类标准不确定度小于53 K。     

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%。     

PLIF法定量测量甲烷-空气火焰二维温度场分布

利用平面激光诱导荧光(PLIF)技术,通过选择适合的OH自由基激励线,定量测量了甲烷-空气燃烧火焰的二维温度场分布。给出炉面中心上方火焰温度随离炉面高度的变化和距炉面12 mm高处沿炉面水平方向变化的实验测量结果并进行了讨论与分析。与利用相干反斯托克斯喇曼散射（CARS）技术进行测温的实验结果相比,该测量的相对不确定度优于5％。     

阻尼最小二乘算法CARS光谱温度拟合

为了解决相干反斯托克斯喇曼散射（CARS）光谱CARSFT计算程序在温度拟合过程中,对初值依赖大、测量光谱信噪比差、不易收敛的问题,通过分析非线性迭代算法,采用了阻尼最小二乘算法对氮气CARS光谱进行温度拟合。针对CARS理论光谱计算公式较为复杂的特点,采用数值差分的方式来获得迭代计算时所需要的设计矩阵。分析了横向偏移、纵向偏移和温度三个主要参量对拟合残差的影响,发现纵向偏移的初值设置对温度拟合影响较大。拟合温度2000 K时的标准理论CARS光谱,设置偏离较大的初始值,采用阻尼最小二乘法获得了较好的结果。迭代计算167步后,温度拟合为2 005.6 K,残差为0.027 463。拟合光谱信噪比较差的CARS光谱,阻尼最小二乘法也能稳定收敛。结果验证了阻尼最小二乘法对初值的依赖不大,并且当拟合谱信噪比较差时也能收敛,可用于在恶劣环境下CARS测量光谱的拟合。     

激光诱导热光栅光谱测温技术研究

报道了激光诱导热光栅光谱测温技术的研究. 通过两束相干交叉的脉冲抽运光, 在NO₂/N₂混合气中诱导出热光栅, 一束满足布拉格散射条件的连续探测光在交叉区域激励出相干的热光栅信号, 经过空间和光谱滤波的信号光由光电倍增管探测, 并由数字示波器显示和存储. 该信号携带了丰富的流场信息, 通过频域分析, 对气体的温度进行了测量, 热光栅光谱技术测量的温度与热电偶温度符合得很好. 同时还利用热光栅光谱技术进行了气体声速的直接测量, 在一定的温度范围内, 测量结果与理论曲线基本一致, 显示了该技术具有较高的测量精度与多参数同时测量的能力. 对影响信号波形的因素进行了分析, 结果表明, 热光栅光谱测温技术在高压强环境下应用具有独特的优势, 是一种应用前景广阔的激光燃烧诊断技术.     

基于可调谐二极管激光吸收光谱波长调制技术在线测量燃烧场温度

介绍了可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）波长调制技术的测温原理。通过选择水在1 397.75 nm和1 397.87 nm处两条邻近的吸收线,运用多功能数据采集卡对二极管激光器进行控制和信号采集,实现了TDLAS波长调制技术对标定燃烧炉甲烷/空气预混火焰温度的实时在线测量,测量重复频率为250 Hz。分析了温度测量数据抖动的原因,结果表明燃烧过程中火焰本身温度的抖动是测量结果波动的主要原因,测量系统的A类标准不确定度小于53 K。     

燃烧流场羟基示踪测速的噪声去除方法

为了保证燃烧流场羟基(OH)示踪速度测量的精度,开展了背景噪声去除方法研究。基于燃烧流场羟基示踪测速数据的噪声特性分析,构建了染噪的数值模型;针对局部的燃烧OH荧光干扰以及流场杂散光等背景噪声,采用了基于Hough变换的空间滤波方法。针对测量系统的物理、电、光以及传感器等噪声,采用了小波变换的噪声去除方法,提高了图像信噪比。提出了一种将两种方法融合的背景去除方法,抑制了系统噪声对空间滤波算法精度的影响,优化了空间滤波结果。研究结果表明,图像处理后峰值信噪比提高了16.79 dB,信噪比提高了13.91 dB。对燃烧流场实验数据进行了处理,有效地抑制了背景噪声,达到了图像预处理的效果,满足了激光诊断系统对测量精度的要求。     

可调空间分辨USEDCARS技术研究

相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）技术是一种非常重要的燃烧诊断技术,该技术具有非常强的抗干扰能力和非常高的测量精度。但空间分辨力不足会使CARS技术产生很强的空间平均效应,引起成CARS光谱畸变,进而造成CARS光谱分析困难,无法通过CARS光谱反演燃烧场参数。针对非稳腔空间增强探测CARS（USEDCARS）技术存在的空间分辨不足以及空间分辨力不易改变的特点,分析了影响USEDCARS技术测量空间分辨力的各种因素,采用一组轴棱锥对USEDCARS系统中的泵浦激光进行环状光束整形,并通过调节轴棱锥之间的距离获得了不同直径的环状光束,在此基础上,建立了空间分辨可调USEDCARS诊断系统。开展了空间分辨力分析实验,获得了CARS信号强度随空间位置的分布数据,以CARS信号总强度95%包含的空间区域代表CARS的纵向空间分辨力,以此计算得到了CARS系统空间分辨力为1.7～6.5 mm连续可调。其中,高分辨力情况,达到了现有BOXCARS技术的空间分辨力。利用所建立的空间分辨可调USEDCARS诊断系统测量了酒精/空气预混火焰温度参数,获得了不同空间分辨条件下的CARS光谱。空间分辨力为1.7 mm时,获得了高质量CARS光谱,通过光谱拟合给出了所测火焰的温度信息。分辨力分别为4.9和6.5 mm时获得了较强的CARS信号,但存在光谱畸变。结果显示,空间分辨力对CARS信号的强度和空间平均效应有很大地影响,提高测量的空间分辨力可以有效消除空间平均效应,获得准确的CARS光谱,增强光谱拟合精度,同时空间分辨可调的特性使该系统能够更好地适应不同实验条件下的诊断工作。     

横向表面放电光泵浦源特性研究

介绍了一种用以泵浦XeF(C-A)激光的横向表面放电辐射源,比较详细地研究了这种泵浦源的放电击穿特性、放电电流与充电电压及不同气体介质的关系、表面放电均匀性以及不同气体成分对表面放电辐射特性的影响。得到了放电击穿时间、放电峰值电流随充电电压、不同气体介质变化的曲线;分析了提高放电均匀性的途径,在电极长50cm、间距6cm、充电电压25kV条件下获得了均匀放电。获得了各种实验条件下放电辐射的光谱曲线;通过对辐射光谱的分析,研究了有利于光解离XeF2的最佳实验条件,当pAr:pN2=1:1时,放电在远紫外波段产生的辐射最强。