一种基于光解激光诱导荧光实现甲基测量与成像的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开基于光解激光诱导荧光实现甲基测量与成像的装置，包括：第一纳秒激光器,用于输出CH

A device for methyl measurement and imaging based on photolysis laser-induced fluorescence

【技术实现步骤摘要】
一种基于光解激光诱导荧光实现甲基测量与成像的装置
本技术涉及甲基测量与成像
，特别是涉及一种基于光解激光诱导荧光实现甲基测量与成像的装置。
技术介绍
甲基(CH3)是燃料燃烧、大气化学、化学气相沉积以及超快动力学等领域的重要中间组分。在化工行业，CH3是基于化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition，CVD)技术合成金刚石的关键前驱物，近年来随着CVD单晶体金刚石快速合成技术取得重大突破，相关研究人员逐渐关注于合成更大尺寸的金刚石，而这一过程需要实现对CH3空间分布的在线测量。在燃烧领域，特别是天然气(CH4)的燃烧，CH3也发挥着重要的作用。首先，CH3被认为是引发燃烧反应基链过程的主要组分，主导着碳氢类燃料的着火和火焰传播等。其次，有研究表明燃烧过程中多环芳香烃(PAH)和碳烟(Soot)的产生与CH3有关，因此为提高燃料燃烧效率、降低污染物排放需要对CH3作深入的研究。第三，燃烧直接数值模拟(DirectNumericalSimulation，DNS)结果显示燃烧场中CH3的空间分布与火焰的局部释热率存在相关性，这意味着对燃烧场中的CH3进行可视化能够推演出燃烧释热率的分布信息。由此可以看出，开发相应的测试技术实现对流场或燃烧场中CH3的测量与成像在诸多领域都有着重要的意义。CH3作为化学反应过程中的中间组分，存活寿命极短，无法采用传统的取样法测量，目前已知的关于CH3的测量方法以光学测量为主，按照测量原理主要分为质谱法、吸收光谱法、简并四波混频(DegenerateFour-waveMixing，DFWM)和共振增强多光子电离(ResonanceEnhancedMulti-photonIonization，REMPI)等方法。上述测量手段虽能够实现CH3的高灵敏度测量，但在测量过程中都存在某些不可避免的问题。如吸收光谱法的空间分辨率较低；DFWM技术是基于三阶非线性光学效应，实验系统较为复杂；REMPI法测量CH3时收集电子或离子所需的物理探针或电极会对反应流场造成干扰；基于REMPI的相干微波瑞利散射技术虽能实现CH3的浓度测量和通过逐点扫描实现CH3的二维测量，但依旧不能解决空间分辨率低的问题。激光诱导荧光(Laser-inducedFluorescence，LIF)技术是流场组分测量与成像最为常用的方法之一。该技术是利用特定波长的激光对待测组分进行共振激发，使其发生由低能级向高能级的跃迁，之后通过采集待测组分由高能级自发跃迁回低能级的过程中释放的荧光信号来达到组分测量的目的。CH3由于电子激发态的强烈预离解，缺少合适的激发诊断策略直接用于CH3-LIF测量。针对上述问题，研究人员开发了一种间接测量CH3的方法，即激光光解诱导荧光(LaserPhotofragmentation-inducedFluorescence,LPIF)，该技术的核心思想是利用激光将CH3光解产生处于高能级的CH光解产物，高能级的CH不稳定会自发向低能级跃迁，跃迁过程中释放荧光信号，通过采集荧光信号即可间接实现CH3的测量。Desgroux等人]基于该技术成功实现了低压条件下燃烧中间组分CH3的测量，其利用波长为205nm的激光通过多光子过程将CH3光解为处于高能级的CH(A2Δ)，之后CH(A2Δ)跃迁回CH(X2Π)的过程中释放出波长在431nm附近的荧光，通过采集荧光信号实现了CH3的测量。但由于205nm激光受限的激光能量以及多光子过程光解效率低等问题，仅实现了待测区域中CH3的点测量。Li等人针对上述问题进行了改进，采用波长为212.8nm的激光替换205nm的激光，同时结合平面激光诱导荧光(PlanarLaser-inducedFluorescence，PLIF)技术实现了对CH3的二维成像。激光能量虽有提高，但由于多光子过程光解效率低的问题，仅获取到了CH3的多幅平均成像，未能实现CH3的单幅瞬态成像。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于光解激光诱导荧光实现甲基测量与成像的装置。为实现本技术的目的所采用的技术方案是：一种基于光解激光诱导荧光实现甲基测量与成像的装置，包括：第一纳秒激光器,用于输出CH3的光解激光，将CH3光解为处于低能级的CH；第二纳秒激光器,用于输出CH3光解产物CH的探测激光，将CH由低能级激发至高能级；合束镜,用于实现所述的光解激光与探测激光两束激光的空间重合；透镜装置，用于将由合束镜合束后的重合的激光束转变为激光片以实现对CH3的平面成像；燃烧器，为CH3的发生装置，用于产生碳氢类燃料燃烧火焰；相机，用于光解产物CH的荧光信号采集。所述基于光解激光诱导荧光实现甲基测量与成像的装置，还包括有光束截止器，用于收集透过待测区域的激光，避免入射到人体或其他物体上造成伤害。所述相机为ICCD相机。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术实验系统简单，能够实现CH3的无干扰在线测量；光解激光是通过单光子过程将CH3光解为低能级的CH(X2Π)，光解效率高，产率高；光解激光诱导荧光法测量装置能够实现流场中CH3的单幅瞬态成像；该装置测量CH3的空间分辨率较高；CH3的可视化成像信噪比(SNR)较高。附图说明图1所示为基于光解激光诱导荧光实现甲基测量与成像的装置的结构示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。如图1所示，本技术基于光解激光诱导荧光实现甲基测量与成像的装置，包括；纳秒激光器1,用于输出CH3的光解激光，将CH3光解为处于低能级的CH；纳秒激光器2,用于输出CH3光解产物CH的探测激光，将CH由低能级激发至高能级；合束镜3,用于实现光解激光与探测激光两束激光的空间重合；透镜装置4，用于将由合束镜3合束后的激光束转变为激光片以实现对CH3的平面成像；燃烧器5，指CH3的发生装置，用于产生碳氢类燃料燃烧火焰，形成待测流场，其可通过控制系统调整火焰的当量比、流速等流场参数；光束截止器6，用于收集透过待测区域的激光，避免入射到人体或其他物体上造成伤害；ICCD相机7，用于光解产物CH的荧光信号采集。所述透镜装置4是透镜组合，以实现上述功能，即将由合束镜3合束后的激光束转变为激光片以实现对CH3的平面成像即可，具体可根据实际选择。本技术是全新的间接测量CH3的测量装置。其工作原理为：采用两束激光共同作用于待测区域，一束激光作为光解激光，通过单光子过程将CH3光解为处于低能级的CH(X2Π)，另一束激光作为探测激光，用于将CH3的光解产物CH(X2Π)由低能级激发至高能级，高能级的CH不稳定会自发向低能级跃迁，跃迁过程中会释放出波长在431nm附近的荧光信号，通过采集CH的荧光信号即可间接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光解激光诱导荧光实现甲基测量与成像的装置，其特征在于，包括：/n第一纳秒激光器,用于输出CH

【技术特征摘要】
1.一种基于光解激光诱导荧光实现甲基测量与成像的装置，其特征在于，包括：
第一纳秒激光器,用于输出CH3的光解激光，将CH3光解为处于低能级的CH；
第二纳秒激光器,用于输出CH3光解产物CH的探测激光，将CH由低能级激发至高能级；
合束镜,用于实现所述的光解激光与探测激光两束激光的空间重合；
透镜装置，用于将由合束镜合束后的重合的激光束转变为激光片以实现对CH3的平面成像；
燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：李博，刘吉绪，高强，张大源，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津;12