【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及面向能源与动力装置多场多参数同步可视化，具体是一种掺混燃烧过程同时可视化装置及探测方法。
技术介绍
1、航空发动机的设计重点是提升发动机自身性能，使发动机燃烧室内燃料燃烧更为充分，以在降低污染物排放的同时提高燃料的燃烧效率。发动机的燃料燃烧过程分为喷注、雾化、蒸发、掺混、燃烧等过程，而燃料与氧化剂掺混及燃烧过程的好坏直接影响点火过程、火焰的传播速度、燃烧稳定性及燃料的燃烧效率，甚至会进一步则影响燃烧装置的性能及自身可靠性，因此，研究发动机的掺混和燃烧过程是详细了解其工作性能的有效手段。
2、平面激光诱导荧光技术(planar laser-induced fluorescence，plif)是目前燃烧诊断领域前沿的光学测量技术，具有较高的时空分辨率和高灵敏度，可实现多组分同步测量，但对于多组分的同步测量需要采用多台激光和探测设备。另外，在掺混和燃烧过程研究方面，通过丙酮分子可表征未燃区域流场结构，燃烧中间产物oh自由基分布可表征燃尽区，燃烧中间产物ch自由基可表征燃烧反应区，因此，同时激发丙酮分子和oh/ch自由基则可以深入分析发动机掺混和燃烧过程。然而，掺混和燃烧过程同时可视化研究往往需要多台激光器和探测器设备，例如：丙酮分子测量通常采用266nm激光，oh自由基测量通常采用283nm，而ch自由基通常采用310nm激光，需要三台激光和探测设备同时工作，不仅系统复杂，而且也导致了成本较高。
3、因此，考虑激发和探测策略，运用先进结构光编码思想，在减少实验设备和降低系统复杂度的基础上，使用少量
技术实现思路
1、为解决
技术介绍
存在的不足，本专利技术提供一种掺混燃烧过程同时可视化装置及探测方法，它基于空间结构光调制的思想，通过信息的编码和解码，采用一台icmos相机即可实现三种组分的同时可视化，简单合理，有助于节约成本，提高效率。
2、为实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：
3、一种掺混燃烧过程同时可视化装置，包括燃烧装置、时序控制系统、plif系统、两套激光系统以及两套结构光调制整形系统，所述燃烧装置连接有燃气供给管线和空气供给管线，所述燃气供给管线上设置丙酮发生装置，所述两套激光系统分别布置在燃烧装置两侧发射两束激光，且两套激光系统的输出端分别布置第一倍频和第二倍频使两束激光分别输出为310.690nm激光和283.553nm激光，所述两套结构光调制整形系统分别布置在两套激光系统与燃烧装置之间，结构光调制整形系统沿激光路径方向依次布置有孔径光阑、扩束镜、光栅、准直镜和聚焦镜，从而将两束激光调制整形为片光后与燃烧装置的燃烧场共焦设置，其中，两套结构光调制整形系统的光栅选择不同刻线数使两束激光具有不同调制周期，所述plif系统包括icmos相机和计算机，所述icmos相机加装有带通滤光片并与燃烧装置的燃烧场对应设置，同时捕获丙酮分子、ch自由基和oh自由基辐射的荧光并通过所述计算机生成采集到的plif图像，所述时序控制系统包括触发器和两个数字信号发生器，所述触发器控制所述两个数字信号发生器实现plif系统和两套激光系统的同步信号控制。
4、进一步的，所述燃气供给管线和所述空气供给管线上分别设置流量计。
5、进一步的，所述两套激光系统均由固体激光器和染料激光器组成，所述固体激光器用于发射激光，所述染料激光器将激光改变为不同颜色加以区分。
6、进一步的，所述第一倍频和所述第二倍频输出端分别设置反射镜组将310.690nm激光和283.553nm激光引入对应的结构光调制整形系统。
7、一种掺混燃烧过程同时可视化探测方法，包括以下步骤：
8、步骤一：激光系统的搭建和调试
9、在燃烧装置两侧搭建和调试两套激光系统，由其中一套激光系统通过第一倍频输出310.690nm激光用于激发ch自由基，另一套激光系统通过第二倍频输出283.553nm激光用于同时激发丙酮分子和oh自由基；
10、步骤二：结构光调制整形系统的搭建和信息的编码
11、将两套结构光调制整形系统搭建在两套激光系统与燃烧装置之间，使310.690nm激光和283.553nm激光分别通过两套结构光调制整形系统，调制整形成片光后入射到燃烧装置的燃烧场同一位置，在相同的空间位置对oh自由基/丙酮分子和ch自由基进行编码；
12、步骤三：丙酮发生装置和燃烧装置的搭建
13、将燃气供给管线与丙酮发生装置连接，丙酮发生装置和空气供给管线与燃烧装置连接，组织燃烧装置内的燃气进行燃烧；
14、步骤四：时序控制系统的搭建
15、通过触发器控制两个数字信号发生器使两套激光系统与plif系统进行同步信号控制；
16、步骤五：plif系统的搭建和信息的解码
17、通过加装有带通滤光片的icmos相机同时收集丙酮分子、oh自由基和ch自由基辐射的荧光信息，其中丙酮分子和oh自由基信息依靠空间位置进行区分，通过多重曝光频率识别算法进行荧光信息的解调。
18、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术基于空间结构光调制的思想，克服传统掺混燃烧过程可视化研究需要采用多套激发探测设备的弊端，利用两套激光系统和结构光调制整形系统结合一台icmos相机进行探测，通过信息的编码和解码，实现丙酮分子、oh自由基和ch自由基三种组分的同时可视化，可用于深入分析掺混燃烧过程，解析复杂湍流燃烧规律，而且结构更加简单合理，有助于节约成本，提高效率，对于理解掺混燃烧机理具有重要意义。
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1.一种掺混燃烧过程同时可视化装置，其特征在于：包括燃烧装置(1)、时序控制系统、PLIF系统、两套激光系统以及两套结构光调制整形系统，所述燃烧装置(1)连接有燃气供给管线(1-1)和空气供给管线(1-2)，所述燃气供给管线(1-1)上设置丙酮发生装置(1-3)，所述两套激光系统分别布置在燃烧装置(1)两侧发射两束激光，且两套激光系统的输出端分别布置第一倍频(4)和第二倍频(5)使两束激光分别输出为310.690nm激光和283.553nm激光，所述两套结构光调制整形系统分别布置在两套激光系统与燃烧装置(1)之间，结构光调制整形系统沿激光路径方向依次布置有孔径光阑(7)、扩束镜(8)、光栅(9)、准直镜(10)和聚焦镜(11)，从而将两束激光调制整形为片光后与燃烧装置(1)的燃烧场共焦设置，其中，两套结构光调制整形系统的光栅(9)选择不同刻线数使两束激光具有不同调制周期，所述PLIF系统包括ICMOS相机(12)和计算机，所述ICMOS相机(12)加装有带通滤光片并与燃烧装置(1)的燃烧场对应设置，同时捕获丙酮分子、CH自由基和OH自由基辐射的荧光并通过所述计算机生成采集到的PL
2.根据权利要求1所述的一种掺混燃烧过程同时可视化装置，其特征在于：所述燃气供给管线(1-1)和所述空气供给管线(1-2)上分别设置流量计。
3.根据权利要求1所述的一种掺混燃烧过程同时可视化装置，其特征在于：所述两套激光系统均由固体激光器(2)和染料激光器(3)组成，所述固体激光器(2)用于发射激光，所述染料激光器(3)将激光改变为不同颜色加以区分。
4.根据权利要求1所述的一种掺混燃烧过程同时可视化装置，其特征在于：所述第一倍频(4)和所述第二倍频(5)输出端分别设置反射镜组(6)将310.690nm激光和283.553nm激光引入对应的结构光调制整形系统。
5.一种掺混燃烧过程同时可视化探测方法，其特征在于：根据权利要求1所述的同时可视化装置，其探测方法包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种掺混燃烧过程同时可视化装置，其特征在于：包括燃烧装置(1)、时序控制系统、plif系统、两套激光系统以及两套结构光调制整形系统，所述燃烧装置(1)连接有燃气供给管线(1-1)和空气供给管线(1-2)，所述燃气供给管线(1-1)上设置丙酮发生装置(1-3)，所述两套激光系统分别布置在燃烧装置(1)两侧发射两束激光，且两套激光系统的输出端分别布置第一倍频(4)和第二倍频(5)使两束激光分别输出为310.690nm激光和283.553nm激光，所述两套结构光调制整形系统分别布置在两套激光系统与燃烧装置(1)之间，结构光调制整形系统沿激光路径方向依次布置有孔径光阑(7)、扩束镜(8)、光栅(9)、准直镜(10)和聚焦镜(11)，从而将两束激光调制整形为片光后与燃烧装置(1)的燃烧场共焦设置，其中，两套结构光调制整形系统的光栅(9)选择不同刻线数使两束激光具有不同调制周期，所述plif系统包括icmos相机(12)和计算机，所述icmos相机(12)加装有带通滤光片并与燃烧装置(1)的燃烧场对应设置，同时捕获丙酮分子、ch自由基和oh自由...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹振，彭江波，杨超博，于欣，袁勋，韩明宏，刘文备，亓金浩，张樱娜，罗雨馨，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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