红外与激光工程
2022, 51(10): 20220352
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
燃烧是工业界广泛使用的一种能量转换机制，实时掌握燃烧场燃烧状况对优化燃烧条件和探究燃烧规律具有重要意义。激光吸收光谱(LAS)技术作为一种测量灵敏度高、响应迅速的非接触测量手段，与计算层析成像(CT)技术相结合，可同时实现火焰温度和组分浓度分布的可视化测量，并进一步分析燃烧反应规律。近年来，LAS技术以其测量系统简单、环境适应性好等优势，在复杂燃烧场参数诊断领域得到了广泛应用。综述了激光吸收光谱层析成像技术及其在复杂燃烧场动态监测中的应用，主要从激光吸收光谱层析成像传感器、数据采集系统、层析成像算法和复杂燃烧场实时动态监测等方面进行介绍。
中国激光
2022, 49(19): 1904002
中国洛阳电子装备试验中心, 河南 洛阳 471003
基于近红外H2O的吸收光谱,开发了一种同时测量高速气流温度、速度及H2O摩尔分数等参数的方法并在超声速燃烧场中开展了应用研究,分析了超声速燃烧场中存在的现象及规律。基于扫描波长调制光谱技术,利用两条H2O吸收谱线在超燃直连台隔离段和扩张段中开展了实验研究,实现了多参数的同时测量。燃烧室点火后:隔离段内无激波时,气流速度、温度、压强和H2O摩尔分数测量值与预测值基本吻合,相对偏差分别小于3.0%、7.2%、8.2%和3.9%;有激波时,气体速度、温度、H2O摩尔分数和压力都发生了明显变化,空气质量流量均值变化不明显,但波动明显增大。实验结果表明,基于波长调制光谱的传感器具有重要的工程应用价值。
光谱学 高速气流 超声速燃烧场 波长调制光谱 气体参数
西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
提出了一种基于代数迭代的Mojette变换层析重建算法。在确定最佳投影角度的基础上,结合传统层析技术中的乘性代数迭代算法进行重建。利用该算法对轴对称火焰进行了层析重建。数值模拟结果表明,与基于角的重建算法相比,该算法在噪声较大情况下的层析重建质量更好。
图像处理 层析成像技术 代数迭代算法 Mojette变换 燃烧场成像
1 西安交通大学 能源与动力学院, 西安 710049
2 西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 西安 710024
为了提高流速测量精度, 研究OH荧光图像背景抑制的方法.分析识别复杂燃烧流场中存在的背景干扰, 构建染噪的数值仿真模型; 基于干扰图像和OH标记线信号图像的特性, 采用空间变换思想, 提出了自适应差分法消除发动机燃烧室剧烈反应区域的燃烧OH荧光干扰; 利用空域上信号与背景残余的差别, 采用空间滤波法优化背景抑制结果, 最后对仿真模型和实验图片对比, 验证了该方法的有效性, 处理前后峰值信噪比提高了11.83 dB, 信噪比提高了8.66 dB, 速度计算误差改善到了1.2%.该方法可有效的抑制背景噪声, 提高测速精度, 满足激光诊断系统对测量精度的要求.
复杂燃烧场 羟基示踪测速技术 速度测量 背景抑制 差分变换 信噪比 Complex combustion field Hydroxyl tagging velocimetry Velocimetry measurement Background suppression Difference transform Signal to noise ratio
航天工程大学激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416
提出了基于波长调制光谱(WMS)方法实现非均匀燃烧场气体温度和H2O组分浓度场二维重建的测量方法。利用实验测得的2f/1f信号, 通过数值仿真与迭代实现了激光穿过非均匀燃烧场后积分吸光度的测量, 进而利用重建算法实现了燃烧场的二维分布测量。选用H2O的两组谱线对针对单高斯分布和阶跃分布模型开展了数值仿真研究, 并采用频分复用方法在平面燃烧火焰中开展了实验研究。结果表明：基于WMS方法的二维重建测量精度较高, 在单高斯分布模型中, 7185.60 cm-1和7454.45 cm-1谱线对的温度和H2O浓度的重建误差分别小于2%和2.5%; 在对温度敏感的区间内, 所选谱线对的重建误差较小, 在对温度不敏感的区间内, 重建误差较大; 火焰中心区域的重建结果与预测值一致, 温度重建误差小于3.2%, 在温度阶跃变化的边缘区域, 重建效果较差, 原因在于WMS方法和代数迭代算法对温度阶跃变化流场不敏感。
光谱学 波长调制光谱 燃烧场 二维分布 积分吸光度
航天工程大学激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416
基于波长调制光谱(WMS)理论,提出一种利用光谱拟合实现燃烧场气体参数测量的方法;通过拟合谱线的谐波信号实现谱线积分吸光度、多普勒线宽和碰撞线宽的测量,进而实现燃烧场内气体温度、压强和水蒸气浓度的测量;通过数值仿真研究了积分吸光度和碰撞线宽对谐波信号的影响,并在样品池中进行实验研究。结果表明:谐波信号光谱对积分吸光度的灵敏度约为1,而对碰撞线宽的灵敏度则随碰撞线宽增大而先增大后基本不变;光谱拟合测量方法具有较高的测量精度,气体温度、压强、水蒸气物质的量分数的测量值与预测值的最大相对偏差分别小于4%、6%、5.5%。
光谱学 气体参数测量 光谱拟合 波长调制光谱 积分吸光度 燃烧场 光学学报
2017, 37(12): 1230001
装备学院激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416
利用基于可调谐半导体激光器的扫描波长调制光谱技术, 实现了高温燃烧场内气体参数的测量。 提出了基于迭代算法实现气体压强、 温度和组分浓度同时测量的方法, 迭代算法具有收敛速度快以及对初始值不敏感等优点。 采用频分复用技术, 利用两条H2O吸收谱线(7 454.45和6 806.03 cm-1)的谐波信号, 对高温燃烧场进行了实验研究, 并将气体压强、 温度和H2O组分浓度测量结果与压力传感器、 热电偶和直接吸收光谱法的测量结果进行比较, 结果表明, 基于波长调制光谱技术测得的气体压强、 温度和H2O浓度与预测值基本符合, 最大偏差分别在7.6%, 8.1%和7.5%以内。 此方法具有多参数同时测量、 免标定等显著优势, 但由于依赖的参数较多, 容易对测量精度造成影响。
波长调制光谱 燃烧场 免标定测量 迭代算法 Wavelength modulation spectroscopy Combustion flow Frequency division multiplexing technology Iterative algorithm 光谱学与光谱分析
2017, 37(5): 1339
西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 西安 710024
利用自发振动拉曼散射技术测量了煤油燃烧场主要组分的摩尔分数。基于355 nm激光激发振动拉曼散射建立了自发拉曼散射实验系统, 测量了空气中主要组分的摩尔分数, 分析了该技术的测量精度; 测量了煤油蒸气在355 nm激光激励下产生的荧光光谱, 分析了荧光信号对拉曼信号的干扰; 对不同燃烧条件下的煤油燃烧场进行了诊断, 获得了贫油条件下煤油燃烧场主要组分(N2, O2, H2O, CO2等)的拉曼光谱, 计算了组分摩尔分数及其随燃烧时间的变化规律。
拉曼散射 煤油 燃烧场 浓度 荧光 Raman scattering kerosene combustion concentration fluorescence 强激光与粒子束
2014, 26(8): 081017
西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室，陕西 西安 710024
介绍了用于燃烧流场诊断的激光光谱技术的研究进展，叙述了相干反斯托克斯喇曼散射、自发振动喇曼散射、激光诱导荧光、分子滤波瑞利散射、可调谐二极管激光吸收光谱等技术的基本原理及其实验系统。给出并分析了激光光谱技术对预混火焰稳态燃烧场和固体燃剂瞬态燃烧场的温度、主要组分及浓度、流场密度和火焰构造测量的实验结果。实验结果表明，基于激光光谱的燃烧诊断技术不仅能够实现对稳态燃烧场的高精度测量，而且能够应用于复杂的瞬态燃烧场诊断。
激光光谱 稳态燃烧场 瞬态燃烧场 光谱诊断 laser spectroscopy premixed flame transient combustion spectral diagnostics
