本發(fā)明屬于光譜檢測領(lǐng)域，具體涉及一種基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器光譜吸收法的內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)壓力及溫度測試方法及裝置。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)是一種高效的動力裝置，在內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展過程中，內(nèi)燃機(jī)的功率一直是人類關(guān)注的主要問題，但隨著環(huán)境問題的惡化，作為大氣污染物的主要來源，內(nèi)燃機(jī)的排放問題也逐漸受到了廣泛的關(guān)注，機(jī)外的減排措施已經(jīng)很難使得排放達(dá)到法律要求，對內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)燃燒的分析將是一種很好地解決排放問題與提高效率的方式。其中內(nèi)燃機(jī)的示工圖是深入研究內(nèi)燃機(jī)工作過程和動力性能指標(biāo)的重要內(nèi)容，通過示工圖可以得到內(nèi)燃機(jī)工作性能的許多參數(shù)，也可以對改變內(nèi)燃機(jī)的燃燒方式起到一定的指導(dǎo)作用。作為示工圖的兩個(gè)重要的參數(shù)：溫度與壓力。準(zhǔn)確的測量溫度與壓力值為后續(xù)的研究工作有很重要的意義。內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)壓力測試最早采取機(jī)械儀表式檢測裝置，這種儀器由于需要外接管線，對壓力測試起到了干擾做用，所測量的結(jié)果誤差大，很難滿足內(nèi)燃機(jī)氣缸爆發(fā)壓力和壓縮壓力在高溫高壓脈動氣體沖擊和有機(jī)械振動的環(huán)境下的檢測使用。現(xiàn)有的缸內(nèi)壓力與溫度測量多應(yīng)用傳感器進(jìn)行測量，這種方法易受周圍的電磁信號干擾，并且在缸內(nèi)布置的傳感器對缸內(nèi)測試場有干擾，不能準(zhǔn)確顯示溫度與壓力值，并且這類傳感器由于工作環(huán)境的惡劣，壽命一般很短，價(jià)格也比較昂貴。也做不到實(shí)時(shí)在線檢測。
相對于上述方法，基于光譜吸收法的光學(xué)測試手段無疑成為實(shí)時(shí)在線檢測內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)壓力及溫度的最佳方法。光譜吸收法的原理簡單、響應(yīng)時(shí)間迅速，目前，基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜的光學(xué)測試方法(TDLAS)，已經(jīng)在眾多領(lǐng)域取得了很好的結(jié)果。將應(yīng)用光譜吸收法得到的吸收譜線的線形函數(shù)與溫度及壓力的關(guān)系相結(jié)合，即可得到所測缸內(nèi)的溫度及壓力值?？梢詫?shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)壓力及溫度的實(shí)時(shí)在線測量。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)溫度及壓力測試方法因其缸內(nèi)工作過程復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣造成的對測量儀器要求過高及對測試結(jié)果影響較大的問題，提供一種基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器光譜吸收法的內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)壓力及溫度測試方法
本發(fā)明的目的還在于提供一種基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器光譜吸收法的內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)壓力及溫度測試裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
一種基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器光譜吸收法的內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)壓力及溫度測試方法，包括如下步驟：針對氣缸內(nèi)的某種氣體組分，選取包含該氣體組分吸收峰的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，將激光器發(fā)出的激光穿過內(nèi)燃機(jī)氣缸，用光電探測器得到經(jīng)缸內(nèi)氣體吸收后的吸收譜線，根據(jù)所得到的吸收譜線的線寬值來測量缸內(nèi)壓力及溫度值，實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)壓力及溫度的實(shí)時(shí)在線測量。
根據(jù)所述的光電探測器得到的吸收譜線的線型，結(jié)合吸收譜線線型的線寬與溫度和壓力的值有一定的關(guān)系來進(jìn)行缸內(nèi)的壓力及溫度的測試。
包括激光器控制器1、激光器2、內(nèi)燃機(jī)氣缸3、激光器的光電探測器4、信號處理系統(tǒng)5；激光器控制器1控制激光器2，使激光器2輸出的激光的波長鎖定在針對的某種內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)氣體組分的吸收峰位置，在其吸收峰附近進(jìn)行掃描；該激光穿過內(nèi)燃機(jī)氣缸3，激光器的光電探測器4探測穿過內(nèi)燃機(jī)氣缸3后的吸收譜線，得到的吸收譜線信息發(fā)送給信號處理系統(tǒng)5。
所述的信號處理系統(tǒng)5采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明采用一個(gè)激光器和信號處理系統(tǒng)相結(jié)合，可實(shí)時(shí)的獲得準(zhǔn)確的缸內(nèi)壓力及溫度值。本發(fā)明可以很好地解決內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)工作過程復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣等因素對測量誤差的影響，能有效準(zhǔn)確的測量缸內(nèi)壓力值及溫度值。本發(fā)明適用于實(shí)時(shí)檢測內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)的壓力及溫度的信息。
附圖說明
圖1為本發(fā)明所述的一種基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器光譜吸收法的內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)壓力及溫度測試裝置的原理框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
一種基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器光譜吸收法的內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)壓力及溫度測試法及裝置，可有效的用于內(nèi)燃機(jī)的示功圖的研究。本發(fā)明是為了解決內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)工作過程復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣造成的對測量儀器要求過高的問題，同時(shí)該發(fā)明也能做到實(shí)時(shí)在線檢測。本發(fā)明針對內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)的某一種氣體組分的吸收峰，選擇一種激光器，使該激光器輸出的激光波長鎖定在該吸收峰處，并在該吸收峰處進(jìn)行掃描，再用光電探測器檢測經(jīng)內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)氣體吸收后的吸收譜線線型，根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)的壓力及溫度值的實(shí)時(shí)在線檢測。由于測量的是光程上各個(gè)點(diǎn)的平均值，所以本發(fā)明能有效的避免傳統(tǒng)測壓及測溫裝置的單點(diǎn)測試，并且對內(nèi)燃機(jī)改動不大可有效避免測試裝置對測試區(qū)域的干擾作用，測試原理簡單，響應(yīng)時(shí)間短，可以適用于參數(shù)瞬態(tài)變化的內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)的壓力及溫度測量。
一種基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器光譜吸收法的內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)壓力及溫度測試法，該方法為：針對氣缸內(nèi)的某種氣體組分，例如O2或N2，選取包含該氣體吸收峰譜線的可調(diào)諧激光器?？烧{(diào)諧半導(dǎo)體激光器的輸出波長與激光器控制器的電流源成線性關(guān)系。使激光器控制器的電流源在一定范圍內(nèi)周期性變化，激光器射出的激光波長也在一定范圍內(nèi)周期性變化。將激光器發(fā)出的光穿過內(nèi)燃機(jī)氣缸，穿過后的光用光電探測器進(jìn)行接收。在測試中可以根據(jù)光電探測器所獲得數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到所選針對氣體吸收峰處的線形函數(shù)，其中線形函數(shù)即為吸收譜線的線型，吸收譜線的線型主要以譜線的線寬表示，它有兩種形式的線寬，分別是碰撞加寬和多普勒加寬，在實(shí)際應(yīng)用中是這兩種形式的聯(lián)合作用。這兩種線寬與環(huán)境中的溫度及壓力有直接關(guān)系，所以可以根據(jù)線形函數(shù)的線寬反演出氣缸內(nèi)的壓力及溫度值。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)的壓力和溫度實(shí)時(shí)在線測量。
一種基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器光譜吸收法的內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)壓力及溫度測試法的裝置包括激光器控制器1、激光器2、內(nèi)燃機(jī)氣缸3、激光器的光電探測器4、信號處理系統(tǒng)5；
激光器控制器1控制激光器2，使激光器2輸出的激光的波長鎖定在針對的某種內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)氣體組分的吸收峰位置，在其吸收峰附近進(jìn)行掃描。該激光穿過內(nèi)燃機(jī)氣缸3，激光器的光電探測器4探測穿過內(nèi)燃機(jī)氣缸3后的吸收譜線。得到的吸收譜線信息發(fā)送給信號處理系統(tǒng)5。
實(shí)施例一：本實(shí)施方式所述的一種基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器光譜吸收法的內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)壓力及溫度測試方法為：針對內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)的某一種氣體組分的吸收峰，選擇一種激光器，使該激光器輸出的激光波長鎖定在該吸收峰處，并在該吸收峰處進(jìn)行掃描，再用光電探測器檢測經(jīng)內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)氣體吸收后的吸收譜線線型，根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，進(jìn)而得到內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)的壓力及溫度值，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線測量。
實(shí)施例二：結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器光譜吸收法的內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)壓力及溫度測試裝置，其特征在于：它包括激光器控制器1、激光器2、內(nèi)燃機(jī)氣缸3、激光器的光電探測器4、信號處理系統(tǒng)5；
激光器控制器1控制激光器2，使激光器2輸出的激光的波長鎖定在針對的某種內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)氣體組分的吸收峰位置，并進(jìn)行掃描，該激光穿過內(nèi)燃機(jī)氣缸3，激光器的光電探測器4探測穿過內(nèi)燃機(jī)氣缸3后的吸收譜線，并將得到的吸收譜線信息發(fā)送給信號處理系統(tǒng)5。信號處理系統(tǒng)5采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。