基于plif技術(shù)的火焰檢測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于PLIF技術(shù)的火焰檢測裝置及方法，所述火焰檢測裝置包括激光器、探測器及分析模塊；耦合模塊，所述耦合模塊用于將激光器的出射光耦合進(jìn)環(huán)形反射池；環(huán)形反射池，所述環(huán)形反射池設(shè)置在火焰的外圍，所述出射光在所述環(huán)形反射池內(nèi)的平面內(nèi)多次反射，并反復(fù)穿過火焰；移動單元，所述移動單元使所述環(huán)形反射池與火焰發(fā)生相對移動，使環(huán)形反射池內(nèi)的反射光穿過不同高度處的火焰。本發(fā)明具有精度高、結(jié)構(gòu)簡單、低成本等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
基于PL IF技術(shù)的火焰檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光電分析，特別涉及基于PLIF技術(shù)的火焰檢測裝置及方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]燃燒過程中產(chǎn)生的自由基是燃燒研究人員非常關(guān)心的對象，通過對其含量和分布的分析，可以得到火焰結(jié)構(gòu)、燃燒效率、反應(yīng)機(jī)理等諸多方面的信息。
[0003]平面激光誘導(dǎo)熒光(PLIF)技術(shù)具有高靈敏度、高空間分辨、快速時(shí)間響應(yīng)等特點(diǎn)， 已成為自由基的測量工具。PLIF技術(shù)是通過透鏡組和柱面鏡獲取片光源，具體方式為:激光經(jīng)過由凹透鏡和凸透鏡組成的透鏡組擴(kuò)束，再由柱面透鏡和一長焦球面鏡將其在火焰處整形為片光源。該方法的主要不足為:
[0004]存在較大的損耗，而且能量分布發(fā)散，片光源垂直截面的單位距離光強(qiáng)較弱，激發(fā)的熒光較弱，不利于后續(xù)檢測和分析。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)方案中的不足，本發(fā)明提供了一種檢測精度高的基于PLIF技術(shù)的火焰檢測裝置。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007] 一種基于PLIF技術(shù)的火焰檢測裝置，所述火焰檢測裝置包括激光器、探測器及分析模塊;所述火焰檢測裝置進(jìn)一步包括:
[0008]耦合模塊，所述耦合模塊用于將激光器的出射光耦合進(jìn)環(huán)形反射池；
[0009]環(huán)形反射池，所述環(huán)形反射池設(shè)置在火焰的外圍，所述出射光在所述環(huán)形反射池內(nèi)的平面內(nèi)多次反射，并反復(fù)穿過火焰；
[0010]移動單元，所述移動單元使所述環(huán)形反射池與火焰發(fā)生相對移動，使環(huán)形反射池內(nèi)的反射光穿過不同高度處的火焰。
[0011]根據(jù)上述的火焰檢測裝置，優(yōu)選地，所述探測器的軸線與所述平面垂直。
[0012]根據(jù)上述的火焰檢測裝置，優(yōu)選地，所述軸線與火焰的軸線重合。
[0013]根據(jù)上述的火焰檢測裝置，優(yōu)選地，所述環(huán)形反射池內(nèi)的反射光處于一個(gè)平面內(nèi)。
[0014]根據(jù)上述的火焰檢測裝置，可選地，所述火焰檢測裝置進(jìn)一步包括:
[0015]濾光器件，所述濾光器件設(shè)置在火焰和探測器之間，濾除所述出射光。
[0016]根據(jù)上述的火焰檢測裝置，可選地，所述移動單元用于在豎直方向上移動用于產(chǎn)生火焰的噴嘴。
[0017]根據(jù)上述的火焰檢測裝置，可選地，所述火焰檢測裝置進(jìn)一步包括:
[0018]光纖，所述光纖用于傳輸所述出射光。
[0019]本發(fā)明的目的還在于提供了一種檢測精度高的應(yīng)用上述火焰檢測裝置的火焰檢測方法，該發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn):
[0020]基于PLIF技術(shù)的火焰檢測方法，所述火焰檢測方法包括以下步驟:[0021 ](A1)激光器發(fā)出的出射光被親合進(jìn)環(huán)形反射池；
[0022](A2)出射光在環(huán)形反射池內(nèi)的平面內(nèi)來回反射，反射光反復(fù)穿過火焰；
[0023](A3)探測器接收熒光信號，經(jīng)分析后獲知火焰的信息；
[0024](A4)調(diào)整火焰和環(huán)形反射池的相對高度，重復(fù)步驟(A2)_(A3)，使得所述反射光穿過不同高度處的火焰，從而獲知火焰的空間信息。
[0025]根據(jù)上述的火焰檢測方法，優(yōu)選地，在步驟(A2)、(A4)中，所述環(huán)形反射池內(nèi)的反射光處于一個(gè)平面內(nèi)。
[0026]根據(jù)上述的火焰檢測方法，優(yōu)選地，所述探測器的軸線與所述平面垂直。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果為:
[0028]通過環(huán)形反射池，將激光的反射光約束在指定空間的平面內(nèi)，從而獲得更強(qiáng)的激光能量，產(chǎn)生熒光的強(qiáng)度更強(qiáng)，有助于提高后續(xù)分析的精度?！靖綀D說明】[〇〇29]參照附圖，本發(fā)明的公開內(nèi)容將變得更易理解。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是:這些附圖僅僅用于舉例說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而并非意在對本發(fā)明的保護(hù)范圍構(gòu)成限制。 圖中:
[0030]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的火焰檢測裝置的結(jié)構(gòu)簡圖。【具體實(shí)施方式】
[0031]圖1和以下說明描述了本發(fā)明的可選實(shí)施方式以教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員如何實(shí)施和再現(xiàn)本發(fā)明。為了教導(dǎo)本發(fā)明技術(shù)方案，已簡化或省略了一些常規(guī)方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解源自這些實(shí)施方式的變型或替換將在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解下述特征能夠以各種方式組合以形成本發(fā)明的多個(gè)變型。由此，本發(fā)明并不局限于下述可選實(shí)施方式，而僅由權(quán)利要求和它們的等同物限定。
[0032]實(shí)施例1:
[0033]圖1示意性地給出了本實(shí)施例的基于PLIF技術(shù)的火焰檢測裝置的結(jié)構(gòu)簡圖，如圖1 所示，所述火焰檢測裝置包括:[0〇34] 激光器；
[0035]光準(zhǔn)直器件，如凸透鏡組，所述光準(zhǔn)直器件固定在所述激光器的出射光的光路上， 準(zhǔn)直所述出射光；
[0036]耦合模塊21，如耦合反射鏡，所述耦合模塊用于將準(zhǔn)直后的出射光耦合進(jìn)環(huán)形反射池；
[0037]環(huán)形反射池31，所述環(huán)形反射池設(shè)置在火焰的外圍，所述出射光在所述環(huán)形反射池內(nèi)的平面內(nèi)多次反射，并反復(fù)穿過火焰41;反射光均處在一個(gè)平面內(nèi)；
[0038]移動單元61，所述移動單元使所述環(huán)形反射池與火焰發(fā)生相對移動，如移動產(chǎn)生火焰的噴嘴51，使環(huán)形反射池內(nèi)的反射光穿過不同高度處的火焰；
[0039]濾光單元81，如濾光片，設(shè)置在火焰和探測器之間，用于濾除與出射光的波長相同的光，排除出射光的影響；
[0040]探測器，如ICCD，探測器設(shè)置在火焰的上方，將接收到的火焰由于受激光激發(fā)而發(fā)出的熒光轉(zhuǎn)換為電信號，并送分析模塊；
[0041]分析模塊，所述分析模塊利用PLIF技術(shù)處理所述電信號，從而獲得火焰的結(jié)構(gòu)、燃燒效率、反應(yīng)機(jī)理等信息。[〇〇42]為了防止火焰對探測器產(chǎn)生不利影響，在濾光器件81和火焰41之間設(shè)置隔熱窗片 71。[〇〇43]本發(fā)明實(shí)施例的基于PLIF技術(shù)的火焰檢測方法，也即上述火焰檢測裝置的工作過程，所述火焰檢測方法包括以下步驟:
[0044](A1)激光器發(fā)出的出射光被耦合進(jìn)環(huán)形反射池；
[0045](A2)出射光在環(huán)形反射池內(nèi)的平面內(nèi)來回反射，反射光反復(fù)穿過火焰；
[0046](A3)濾光器件濾除反射光，探測器接收熒光信號，經(jīng)分析后獲知火焰的信息；
[0047](A4)調(diào)整火焰和環(huán)形反射池的相對高度，重復(fù)步驟(A2)_(A3)，使得所述反射光穿過不同高度處的火焰，從而獲得火焰的結(jié)構(gòu)、燃燒效率、反應(yīng)機(jī)理等信息。[〇〇48] 實(shí)施例2:[〇〇49]本實(shí)施例的基于PLIF技術(shù)的火焰檢測裝置，與實(shí)施例1不同的是:
[0050]1.不再使用濾光器件；
[0051]2.探測器如ICXD的接收面的中心法線與環(huán)形反射池的軸線重合，環(huán)形反射池的反射光所處的平面垂直于火焰的軸線，使得最大程度地降低了環(huán)形反射池內(nèi)反射光對探測器的影響。[〇〇52]本發(fā)明實(shí)施例的基于PLIF技術(shù)的火焰檢測方法，也即上述火焰檢測裝置的工作過程，所述火焰檢測方法包括以下步驟:
[0053](A1)激光器發(fā)出的出射光被耦合進(jìn)環(huán)形反射池；
[0054](A2)出射光在環(huán)形反射池內(nèi)的平面內(nèi)來回反射，反射光反復(fù)穿過火焰；
[0055](A3)探測器接收熒光信號，經(jīng)分析后獲知火焰的信息；
[0056](A4)移動單元驅(qū)動環(huán)形反射池豎直移動，也即調(diào)整火焰和環(huán)形反射池的相對高度，重復(fù)步驟(A2)_(A3)，使得環(huán)形反射池內(nèi)的反射光穿過不同高度處的火焰，從而獲得火焰的結(jié)構(gòu)、燃燒效率、反應(yīng)機(jī)理等信息。[〇〇57] 實(shí)施例3:[〇〇58]本實(shí)施例的基于PLIF技術(shù)的火焰檢測裝置，與實(shí)施例1不同的是:
[0059] 1.準(zhǔn)直后的出射光被耦合進(jìn)光纖傳輸，從光纖射出的光通過耦合器件耦合進(jìn)環(huán)形反射池內(nèi)，并在反射池內(nèi)多次反射；
[0060]2.探測器如ICXD的接收面的中心法線與環(huán)形反射池的軸線重合，環(huán)形反射池的反射光所處的平面垂直于火焰的軸線，使得最大程度地降低了環(huán)形反射池內(nèi)反射光對探測器的影響。[0061 ]本發(fā)明實(shí)施例的基于PLIF技術(shù)的火焰檢測方法，也即上述火焰檢測裝置的工作過程，所述火焰檢測方法包括以下步驟:
[0062](A1)激光器發(fā)出的出射光被親合進(jìn)環(huán)形反射池；
[0063](A2)出射光在環(huán)形反射池內(nèi)的平面內(nèi)來回反射，反射光反復(fù)穿過火焰；
[0064](A3)濾光器件濾除反射光，探測器接收熒光信號，經(jīng)分析后獲知火焰的信息；
[0065](A4)移動單元驅(qū)動噴嘴豎直移動，也即調(diào)整火焰和環(huán)形反射池的相對高度，重復(fù)步驟(A2)-(A3)，使得環(huán)形反射池內(nèi)的反射光穿過不同高度處的火焰，從而獲得火焰的結(jié)構(gòu)、燃燒效率、反應(yīng)機(jī)理等信息。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于PLIF技術(shù)的火焰檢測裝置，所述火焰檢測裝置包括激光器、探測器及分析 模塊;其特征在于:所述火焰檢測裝置進(jìn)一步包括:耦合模塊，所述耦合模塊用于將激光器的出射光耦合進(jìn)環(huán)形反射池；環(huán)形反射池，所述環(huán)形反射池設(shè)置在火焰的外圍，所述出射光在所述環(huán)形反射池內(nèi)的 平面內(nèi)多次反射，并反復(fù)穿過火焰；移動單元，所述移動單元使所述環(huán)形反射池與火焰發(fā)生相對移動，使環(huán)形反射池內(nèi)的 反射光穿過不同高度處的火焰。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火焰檢測裝置，其特征在于:所述探測器的軸線與所述平面垂直。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的火焰檢測裝置，其特征在于:所述軸線與火焰的軸線重合。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火焰檢測裝置，其特征在于:所述環(huán)形反射池內(nèi)的反射光處于 一個(gè)平面內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火焰檢測裝置，其特征在于:所述火焰檢測裝置進(jìn)一步包括:濾光器件，所述濾光器件設(shè)置在火焰和探測器之間，濾除所述出射光。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火焰檢測裝置，其特征在于:所述移動單元用于在豎直方向上 移動用于產(chǎn)生火焰的噴嘴。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火焰檢測裝置，其特征在于:所述火焰檢測裝置進(jìn)一步包括: 光纖，所述光纖用于傳輸所述出射光。8.基于PLIF技術(shù)的火焰檢測方法，所述火焰檢測方法包括以下步驟:(A1)激光器發(fā)出的出射光被耦合進(jìn)環(huán)形反射池；(A2)出射光在環(huán)形反射池內(nèi)的平面內(nèi)來回反射，反射光反復(fù)穿過火焰；(A3)探測器接收熒光信號，經(jīng)分析后獲知火焰的信息；(A4)調(diào)整火焰和環(huán)形反射池的相對高度，重復(fù)步驟(A2)-(A3)，使得所述反射光穿過不 同高度處的火焰，從而獲知火焰的空間信息。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的火焰檢測方法，其特征在于:在步驟(A2)、(A4)中，所述環(huán)形反 射池內(nèi)的反射光處于一個(gè)平面內(nèi)。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的火焰檢測方法，其特征在于:所述探測器的軸線與所述平面垂直。
【文檔編號】G01N21/64GK106092997SQ201610646666
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月9日 公開號201610646666.3, CN 106092997 A, CN 106092997A, CN 201610646666, CN-A-106092997, CN106092997 A, CN106092997A, CN201610646666, CN201610646666.3
【發(fā)明人】陶俊, 李娜, 向少卿, 孫文婷, 李一帆
【申請人】上海禾賽光電科技有限公司