同时测量氢氧CARS光谱确定火焰温度和氢氧浓度的研究

利用YAG激光器和一台染料激光器同时测量了氢／空气预混平面火焰中氢氧CARS光谱。从氢的S（5）和S（6）支统转动线的强度比获得火焰温度，并与由氮的CARS光谱得到的温度进行了实验校验。氢和氧的浓度分别由氢的S（6）支和氧的Q支光谱求得，并利用红／空气预混平面火焰的局部热力学平衡计算对所得浓度进行了校验。温度的校验误差为4％，而氢氧浓度的校验误差分别为14％和12％。     

CARS在超音速燃烧研究中的应用

报道了氮、氧和水的Q支CARS谱以及氢的S(5)和S(6)纯转动CARS的测量结果,并用来确定超音速燃烧火焰中的温度及氢和氧的浓度;用水的Q支CARS谱得到共振与非共振谱积分面积比随浓度的变化曲线。提出并发展的同时测量氢和氧的CARS谱新方法,为同时测量火焰温度和氢、氧浓度提供了一条途径,特别对不含氮的燃烧系统更具重要意义。     

USED CARS测量乙炔/空气火焰的温度分布

本文报道了用USED CARS方法测量乙炔/空气预混火焰的温度分布的结果。给出氮的CARS谱的理论计算曲线。对用CARS方法测量浓度的问题进行了讨论。     

氮气CARS理论光谱计算及在温度测量中的应用

基于量子理论,对相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)的机理进行了探讨,给出了氮气分子Q支CARS光谱的理论计算模型。进行了氮气分子拉曼散射截面、不同能级分子布居数密度差、振转配分函数及三阶非线性极化率的计算。仿真结果表明适当的简化能够大大缩短光谱计算的时间,并且与已有的结果比较接近,能够应用于CARS测量应用。介绍了能够用于瞬态温度场测量的单脉冲CARS装置,理论光谱分辨率可达0.1cm-1,轴向空间分辨率5mm,光谱采样频率10Hz。     

同时测量氢和氧CARS谱的新方法

提出一种仅需一台染料激光器即可同时测量火焰中氢和氧的CARS谱的新方法.取带宽为120cm~(-1).中心波长位于580.4nm的Stokes光束与532nm的泵浦光束相配合.同时测量氢扩散火焰中的氢和氧的CARS谱.用氢的S(6)和S(5)的积分强度比确定火焰中的温度并与氮的Q支CARS谱测量的温度和经过热损耗修正的热电偶测得的温度取得了相当好的一致结果.一次测出氢和氧的CARS谱.避免多次测量中参数的难以重复性.提高了以温度为参数来确定浓度的准确性.     

LIBS应用于甲烷层流扩散火焰空间分布研究

为了研究扩散火焰空间分布特性,采用具有空间分辨能力的激光诱导击穿光谱技术对甲烷/空气本生灯扩散火焰进行了实验研究,得到了不同流量（0.100L/min,0.120L/min）、不同高度（7mm,9mm,11mm）的火焰以及中心轴线上的击穿阈值、等离子体能量、光谱强度比等相关参量的分布情况。结果表明,等离子体能量可以用来定性描述扩散火焰温度空间变化规律,结合分析等离子体能量和H/O谱线强度比的分布情况可确定扩散火焰不同高度上火焰前沿的位置以及第二燃烧区域的宽度;根据相关实验点近似得到H/O谱线强度比与火焰局部当量比线性关系式,可得到不同流量条件下扩散火焰轴向当量比分布情况以及火焰长度。此研究结果对于激光诱导击穿光谱技术应用于燃烧诊断方面具有重要意义。     

双色平面激光诱导荧光瞬态燃烧场测温实验

在复杂的燃烧流场等试验研究中,平面激光诱导荧光技术（PLIF）被用于特定气体分子浓度分布、火焰构造和温度分布的测量。基于双色激光诱导荧光测温原理,设计了双激发PLIF 系统,选取两条合适的OH 自由基激励线,定量测量了甲烷-空气预混火焰的二维瞬态温度场分布。实验中,通过对两个激光脉冲功率和激光轮廓分布监控以及双ICCD 成像的空间位置校正,提高了测量的精细程度。给出了测量结果,并与稳态燃烧场火焰的热电偶测量结果进行了对比,不确定度优于5%,这种二维瞬态测温技术能够满足超声速燃烧诊断中的应用。     

中红外高能激光光斑探测器

为定量测量中红外高能激光的总能量和功率密度时空分布,采用热吸收和光电量热复合相结合的测量方法,通过热吸收体温度场分布数值计算和探测器结构设计,研制了可用于长脉冲中红外高能激光测量的光斑探测器.探测器由量热堆、光电量热复合探测阵列、测温单元、数据采集单元和信号处理单元等儿部分组成.有效测量面积为12 cm×12 cm,光斑测量空间分辨率为2.4 cm,时间分辨率为25 Hz,总能最测晟不确定度小于10%,功率密度测量不确定度小于7%.实验表明,该探测器可测量最大能量超过50 kJ的数秒级脉冲中红外激光,采用该方法,可实现大面积、高能最和高空间分辨的高能激光光斑测量.     

应用于EAST TS诊断的高能高频Nd:YAG激光器设计

设计了一台可输出1064 nm和532 nm激光脉冲的高能高频激光器,分别用于EAST汤姆逊散射诊断系统对芯部区域和边界区域等离子体电子温度和密度的诊断。该激光器采用电光调Q、卡塞格林非稳腔以及氙灯泵浦脉冲放大器实现频率为100 Hz的3.5 J@1064 nm激光输出。通过两级半导体侧泵浦模块对基频光能量放大,输出激光能量5.5 J@1 064 nm。通过理论计算和分析,确定泵浦模块的放大能力,并与实验结果进行对照。采用LBO晶体对基频光进行倍频,输出能量为3 J@532 nm的脉冲激光,倍频效率为55%。输出基频光光斑直径约为14.51 mm,脉冲宽度11.90 ns,倍频光光斑直径约为17.81 mm,脉冲宽度9.92 ns,激光脉冲呈超高斯平顶分布。重复频率从1~100 Hz可调,汤姆逊散射诊断的空间分辨率达10 ms,为芯部和边界输运垒等微观物理问题的研究提供了条件。     

基于双脉冲探测的亚米级空间分辨率布里渊时域反射技术

在传统的布里渊光时域反射(BOTDR)技术中,空间分辨率和自发布里渊散射谱宽相互制约。针对这一问题,将探测光改进为超短双脉冲,并利用检测频谱包络的方法得到BOTDR系统的空间分辨率。该方法提高了BOTDR系统的空间分辨率,同时可避免压窄脉冲引起的布里渊增益谱展宽对测量精度的影响。实验表明,该方案能实现0.5m空间分辨率的温度测量,避免自发布里渊散射谱发生较大展宽。     

USED CARS测量对撞式扩散火焰的温度分布

介绍了用USED CARS技术测量对撞式甲烷/空气扩散火焰前滞止区和尾流区的温度分布剖面。在滞止区富甲烷边观察到甲烷燃烧前的热解过程;尾流区温度高于滞止区温度,表明在滞止区有未完全燃烧的中间产物存在,在尾流区发现C2及CH的光谱也证明了这一点。     

氢／空气预混平面火焰CARS温度测量

介绍了一套用于燃烧研究中对温度和成分浓度测量进行校准的氢／空气预混平面火焰燃烧４系统。采用氮ＣＡＲＳ技术对氢／空气预混平面火焰温度进行了系统的测量,包括不同当量比条件下的温度分布,温度的纵向和横向空间分布。结果表明,氮ＣＡＲＳ测温与氢／空气预混平面火焰的理论计算温度之间的误差为３．４％,而在燃烧炉表面上方１ｍｍ以上的空间属于火焰的温度均匀区,温度的不均匀性约为１．８％。     

CARS技术测量煤气/空气火焰温度的实验研究

1.CARS(相干反斯托克斯喇曼光谱)测量技术是一种分析和研究火焰及其他燃烧过程非常有效的方法。常规测温方法由于探头介入会破坏燃烧体系温度场的原来分布,而激光喇曼诊断则是一种无干扰探测,可作为常规测温方法的补充。自发 喇曼技术曾被广泛地应用于这一领域,但由于其信号微弱及空间相干性,只能限于背景杂散光较弱的燃烧体系。而用CARS技术得到的信号能很容易地与各种明亮背景分开,且接收效率十分高,这一特点使CARS技术对燃烧诊断显得特别有用。本文着重     

基于单脉冲BOXCARS法火焰温度测量装置的研制

研制了基于单脉冲CARS方法的温度测量装置,使用宽带染料激光器产生线宽200cm-1的斯托克斯光,一次脉冲就可以得到完整的CARS光谱,实现了温度的瞬时测量.     

基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷/空气预混平焰炉温度测量

燃烧场温度的测量对于燃烧诊断具有重要意义。开展了基于可调谐半导体激光吸收光谱 (Tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS)的在 线测温方法研究,基于双光束分时扫描技术,实现了双激光器协同工作与燃烧产物水汽 7154.35 cm$^{-1}$ 和7467.77 cm$^{-1}$两条吸收谱线的同时测量,并利用双线积分吸光度比值关系完成温度的精确反演, 满足燃烧场温度在线检测应用需要。开展了针对甲烷/空气预混平焰炉火焰温度的实时检测实验研究, 并与热电偶进行了测温对比分析,两种方法的测量具有较好的一致性,相对误差小于3.8\%,验证 了TDLAS技术对燃烧场温度非侵入式快速测量的可行性和可靠性。     

CARS光谱测温及仪器狭缝函数对测量的影响

设计了一种利用光参量振荡器(OPO)来代替染料激光器的宽带相干反斯托克斯喇曼散射(CARS)光谱测温实验装置。为了提高CARS测量温度的精度,测量和分析了检测系统中狭缝函数对测量结果的影响,确定了狭缝函数的具体形式。将测量结果与热电偶读数比较,发现在温度范围300K～1200K内,温度测量的不确定度小于2%。     

火焰中OH基激光激发的荧光光谱

给出了火焰中OH基A~2∑~+-X~2∏紫外跃迁激光激发荧光光谱。对得到的0-0,1-0,2-1带可分辨的线逐一进行了标定。对乙炔/空气火焰中OH相对浓度在不同燃烧区的分布进行了测量。