一种二氧化碳浓度二维分布测量方法及系统技术方案

本申请涉及一种二氧化碳浓度二维分布测量方法，属于成像技术领域，所述方法包括：生成至少两个平行的平面光束，并使所述平面光束汇聚以形成有效测量区域，所述有效测量区域划包括若干的子区域，其中，所述有效测量区域垂直于具有二氧化碳的待测量气体；获取通过所述子区域的平面光束的入射光强和出射光强，并根据所述入射光强和出射光强确定所述二氧化碳吸收系数以生成二氧化碳浓度的二维分布。本申请的的二氧化碳浓度二维分布测量方法及系统能够实现二氧化碳浓度的平面测量，且测量为实现瞬态测量，可实时掌握二氧化碳浓度平面变化，具有较高的时间分辨率及空间分辨率高，可用于气体混合效率的研究。

A measurement method and system of two-dimensional distribution of carbon dioxide concentration

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳浓度二维分布测量方法及系统
本申请属于气体成像
，特别涉及一种二氧化碳浓度二维分布测量方法及系统。
技术介绍
在航空发动机中，需要对发动机的进气或出气进行二氧化碳浓度测量，以判定发动机的燃烧性能。在现有二氧化碳浓度测量时，通过“探针”伸入发动机内进行逐点采样分析测量，然而此方法无法实现二氧化碳浓度平面测量。因此，传统的点测量方式无法实现二氧化碳浓度分布的平面瞬态测量。
技术实现思路
本申请的目的是提供了一种二氧化碳浓度二维分布测量方法及系统，以解决或减轻
技术介绍
中的至少一个问题。在第一方面，本申请的技术方案提供了一种二氧化碳浓度二维分布测量方法，所述方法包括：生成至少两个平行的平面光束，并使所述平面光束汇聚以形成有效测量区域，所述有效测量区域划包括若干的子区域，其中，所述有效测量区域垂直于具有二氧化碳的待测量气体；获取通过所述子区域的平面光束的入射光强和出射光强，并根据所述入射光强和出射光强确定所述二氧化碳吸收系数以生成二氧化碳浓度的二维分布。在本申请的方法一优选实施方式中，所述平面光束为红外光。在本申请的方法一优选实施方式中，根据所述入射光强和出射光强确定所述二氧化碳吸收系数通过如下关系确定：Iλe＝Iλ0exp(-βλΔ)式中，Iλe为出设光强，Iλ0为入射光强，βλ为二氧化碳吸收系数，Δ为光所走的路程。在另一方面，本申请的技术方案提供了一种二氧化碳浓度二维分布测量系统，所述系统包括：至少两个平面光束形成装置，所述激光发射装置用于生成平面光束且生成的平面光束平行汇聚形成有效测量区域，所述有效测量区域包括若干子区域，其中，所述有效测量区域垂直于具有二氧化碳的待测量气体；数据处理及成像装置，所述数据处理及成像装置用于获取所述平面光束的入射光强和出射光强，并根据所述入射光强和出射光强确定所述二氧化碳吸收系数以生成二氧化碳浓度的二维分布。在本申请的系统一优选实施方式中，所述平面光束形成装置包括：光源发射模块，所述光源发射模块用于产生并发射光源；光源折射模块，所述光源折射模块用于将所述光源以预定角度反射，以调节所述光源的角度；以及片光调节模块，所述片光调节模块用于将反射后的光源进行散射以形成平面光束。在本申请的系统一优选实施方式中，所述光源发射模块发生的光源为激光。在本申请的系统一优选实施方式中，所述所述光源发射模块发生的激光为红外光源。在本申请的系统一优选实施方式中，所述数据处理及成像装置根据所述入射光强和出射光强确定所述二氧化碳吸收系数通过如下关系确定：Iλe＝Iλ0exp(-βλΔ)式中，Iλe为出设光强，Iλ0为入射光强，βλ为二氧化碳吸收系数，Δ为光所走的路程。在本申请的系统一优选实施方式中，所述数据处理及成像装置生成二氧化碳浓度的二维分布采用红外热成像。本申请的的二氧化碳浓度二维分布测量方法及系统能够实现二氧化碳浓度的平面测量，且测量为实现瞬态测量，可实时掌握二氧化碳浓度平面变化，具有较高的时间分辨率及空间分辨率高，可用于气体混合效率的研究。附图说明为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。图1为本申请的二氧化碳浓度二维分布测量方法流程图。图2为本申请的二氧化碳浓度二维分布测量系统组成图。图3为本申请的有效测量区域划分的子区域示意图。图4为本申请一实施例的有效测量区域划分及成像效果示意图。具体实施方式为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。为了使本申请的技术方案更加易于理解，在以下阐述中将结合本申请的方法及本申请的系统一起进行阐述。如图1所示，本申请提供的二氧化碳浓度二维分布测量方法100包括如下步骤：步骤110：生成至少两个平行的平面光束，并使所述平面光束汇聚形成有效测量区域，所述有效测量区域划包括若干的子区域，其中，所述有效测量区域垂直于具有二氧化碳的待测量气体。为了生成上述方法中所述的至少两个平面光束，本申请的系统中提供了至少两个平面光束形成装置210，平面光束形成装置用于生成平面光束，且每个平面光束形成装置210生成的平面光束相互平行且汇聚以形成一有效测量区域230。有效测量区域大体上垂直于具有二氧化碳的待测量气体的流向。如图2所示实施例中示例性的给出了三组平面光束形成装置210作为例子，实际应用中，平面光束形成装置210仅需两个便可以工作，当提升平面光束形成装置210的数量时，可以提高二氧化碳浓度二维分布测量的空间分辨率。在本申请的系统中，平面光束形成装置210包括光源发射模块211、光源折射模块212以及片光调节模块213，其中，光源发射模块211用于产生并发射光源，光源折射模块212用于将光源发射模块211产生的光源以预定角度反射，以调节光源的角度，使其满足发射要求，最后片光调节模块213用于将折射后的光源进行散射以形成平面光束。进一步地，片光调节模块213包括第一调节模块2131及第二调节模块2132，第一调节模块2131将较细的光源进行拓展扩大以形成较大面积的光源，第二调节模块2132将扩大后的光源进行平行约束并输出，使其形成平面的光束。在一些实施例中，光源折射模块212通常为具有反射或折射功能的材质制成，例如反光玻璃或三棱镜等。在一些实施例中，片光调节模块213通常为透明材质制成的光学元件，例如由玻璃或水晶制成的透镜。为了使光源易于控制及具有较好的成像效果，本申请中的光源采用激光光源，即光源发射模块211为激光发射类设备。为了保证发射光强的稳定性，本申请中采用谱线线宽较窄的连续激光。为了保证输出波长具有较窄的线宽，上述光源折射模块212采用反射光栅以实现波长调节功能。在本申请中，上述光源为红外光源。当本申请的系统中的多个平面光束形成装置210生成的平面光束经透镜组整形为平行片光后，同时汇聚于有效测量区域230。如图3所示的子区域231，在测量时，将有效测量区域230划分为若干个子区域231，每个子区域231(或称体素)具有一定的厚度。在将有效测量区域230进行划分时，可以采用笛卡尔坐标系或极坐标系进行划分。步骤120：获取通过所述子区域的平面光束的入射光强和出射光强，并根据所述入射光强和出射光强确定所述二氧化碳吸收系数以生成二氧化碳浓度的二维分布。为能够实现二氧化碳的平面浓度测量及其分布，本申请的系统中提供数据处理及成像装置220，用于获取并记录平面光束的入射光强和出射光强，并根据入射光强和出射光强确定二氧化碳吸收系数以生成二氧化碳浓度的二维分布。在体素内，被测区域的二氧化碳气体对红外光吸收造成的光强衰减满足Beer’s-Lambert定律。二氧化碳对4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化碳浓度二维分布测量方法，其特征在于，所述方法包括/n生成至少两个平行的平面光束，并使所述平面光束汇聚形成有效测量区域，所述有效测量区域划包括若干的子区域，其中，所述有效测量区域垂直于具有二氧化碳的待测量气体；/n获取通过所述子区域的平面光束的入射光强和出射光强，并根据所述入射光强和出射光强确定所述二氧化碳吸收系数以生成二氧化碳浓度的二维分布。/n

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳浓度二维分布测量方法，其特征在于，所述方法包括
生成至少两个平行的平面光束，并使所述平面光束汇聚形成有效测量区域，所述有效测量区域划包括若干的子区域，其中，所述有效测量区域垂直于具有二氧化碳的待测量气体；
获取通过所述子区域的平面光束的入射光强和出射光强，并根据所述入射光强和出射光强确定所述二氧化碳吸收系数以生成二氧化碳浓度的二维分布。


2.如权利要求1所述的二氧化碳浓度二维分布测量方法，其特征在于，所述平面光束为红外光。


3.如权利要求1所述的二氧化碳浓度二维分布测量方法，其特征在于，根据所述入射光强和出射光强确定所述二氧化碳吸收系数通过如下关系确定：
Iλe＝Iλ0exp(-βλ△)
式中，Iλe为出设光强，Iλ0为入射光强，βλ为二氧化碳吸收系数，△为光所走的路程。


4.一种二氧化碳浓度二维分布测量系统，其特征在于，所述系统包括
至少两个平面光束形成装置，所述平面光束形成装置用于生成平面光束且使生成的平面光束平行汇聚以形成有效测量区域，所述有效测量区域包括若干子区域，其中，所述有效测量区域垂直于具有二氧化碳的待测量气体；
数据处理及成像装置，用于获取所述平面光束的入射光强和出射光强，并根据所...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡文成，张宝华，李孝堂，范玮，王冬冬，
申请(专利权)人：中国航发沈阳发动机研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21