一種基于平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)的液體/氣體標(biāo)定裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種基于平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)的液體/氣體標(biāo)定裝置，包括標(biāo)定裝置主體，標(biāo)定裝置主體的一個側(cè)面上安裝入射視窗，其對側(cè)上安裝出射視窗，在入射視窗和出射視窗之間的側(cè)面上安裝觀察視窗，標(biāo)定裝置主體的上端面上分別安裝氣體或液體進(jìn)口和氣體或液體出口，氣體或液體進(jìn)口和氣體或液體出口之間設(shè)置安裝測壓元件的螺紋孔，標(biāo)定裝置主體的下端面上設(shè)置兩個用以安裝位置調(diào)整裝置的螺紋孔，兩個螺紋孔之間設(shè)置安裝測壓元件的螺紋孔，標(biāo)定裝置主體的外表面貼有可控加熱片。本發(fā)明體積小、加工方便、位置可以靈活精確調(diào)整。
【專利說明】
一種基于平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)的液體/氣體標(biāo)定裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及的是一種標(biāo)定裝置，具體地說是為平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)服務(wù)的標(biāo)定
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]激光誘導(dǎo)熒光測試技術(shù)(LIF)是指用特定波長的激光照射在某些物質(zhì)上時，光被這些物質(zhì)吸收后也會發(fā)出特定波長的光，這種光被稱為熒光，它的強(qiáng)度除了與入射光強(qiáng)有關(guān)，還與物質(zhì)的濃度、溫度等有關(guān)。在柴油機(jī)領(lǐng)域，近年來由于排放法規(guī)的日益嚴(yán)格和改善環(huán)境的迫切要求，需要人們對柴油機(jī)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。燃燒問題作為內(nèi)燃機(jī)研究中的核心問題一直為人們所重視，燃油的噴射、霧化及其與空氣的混合是整個燃燒過程的個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，激光誘導(dǎo)熒光測試技術(shù)作為先進(jìn)的測量手段，已經(jīng)被應(yīng)用在噴霧與燃燒的各項研究中。
[0003]在利用激光誘導(dǎo)熒光法(LIF)測量液體或氣體的濃度時，為了在圖片中得到濃度值，需要將圖像的強(qiáng)度對應(yīng)成物理單位，這個過程稱為標(biāo)定。由激光誘導(dǎo)出的熒光，不僅與激光的能量有關(guān)，還與被測對象的性質(zhì)有關(guān)，同時又受到環(huán)境因素溫度，壓力的影響。所以需要在不同溫度，壓力下對熒光強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)定。然后將標(biāo)定結(jié)果用于實際測量中。因此想要利用平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)進(jìn)行測量必須要有標(biāo)定過程，沒有標(biāo)定過程就無法建立熒光強(qiáng)度與所測對象之間的定量關(guān)系，所以標(biāo)定過程對于利用激光誘導(dǎo)熒光法的是必需的。標(biāo)定作為LLIF測量中的環(huán)節(jié)，標(biāo)定的好壞決定了測量的精度，因此對于標(biāo)定過程的研究十分必要的。
[0004]目前國內(nèi)在激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)測量領(lǐng)域大多采用實驗裝置(通常是定容彈)或?qū)嶒炑b置改造作為標(biāo)定裝置，沒有專門用于標(biāo)定的裝置，經(jīng)常存在下列問題:
[0005]I，標(biāo)定裝置尺寸大，結(jié)構(gòu)笨重，定容彈作為研究噴霧與燃燒的常用裝置，并非針對標(biāo)定過程設(shè)計的裝置，其位置不能靈活調(diào)節(jié)，不能與標(biāo)定測量系統(tǒng)很好的配合，而且若將整個定容彈作為標(biāo)定裝置，所需的標(biāo)定樣品、示蹤劑等耗費較大。
[0006]2，壓力，溫度的升高過程復(fù)雜，對于裝置內(nèi)的溫度及壓力的升高一般采用點火的方式，通常是向裝置內(nèi)通入不同比例的氫氣、氧氣和氮氣，然后點燃，使得裝置的溫度和壓力達(dá)到預(yù)想值，且維持溫度，壓力在某一穩(wěn)定值困難。
[0007]3，用途單一，由于實驗裝置均是針對特定的實驗項目進(jìn)行設(shè)計，因此對標(biāo)定過程具有一定的局限性，使得它只能對一些特定的標(biāo)定對象才能使用，無法實現(xiàn)對氣體，液體等對象的廣泛的標(biāo)定。
[0008]除以上問題外，標(biāo)定裝置還必須滿足:在非飽和激發(fā)標(biāo)定中，片光在標(biāo)定裝置中隨傳播距離的增加，有時會因測量對象的吸收作用，其強(qiáng)度會衰減，因為測量對象內(nèi)部其光強(qiáng)無法測得，只能通過測量片光在測量對象表面的光強(qiáng)，再結(jié)合該點處的熒光強(qiáng)度，對相機(jī)記錄的熒光圖像進(jìn)行吸收校正。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供體積小、加工方便、位置可以靈活精確調(diào)整的一種基于平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)的液體/氣體標(biāo)定裝置。
[0010]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0011]本發(fā)明一種基于平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)的液體/氣體標(biāo)定裝置，其特征是:包括標(biāo)定裝置主體，標(biāo)定裝置主體的一個側(cè)面上安裝入射視窗，其對側(cè)上安裝出射視窗，在入射視窗和出射視窗之間的側(cè)面上安裝觀察視窗，標(biāo)定裝置主體的上端面上分別安裝氣體或液體進(jìn)口和氣體或液體出口，氣體或液體進(jìn)口和氣體或液體出口之間設(shè)置安裝測壓元件的螺紋孔，標(biāo)定裝置主體的下端面上設(shè)置兩個用以安裝位置調(diào)整裝置的螺紋孔，兩個螺紋孔之間設(shè)置安裝測壓元件的螺紋孔，標(biāo)定裝置主體的外表面貼有可控加熱片。
[0012]本發(fā)明還可以包括:
[0013]1、入射視窗采用T型玻璃，入射視窗的片光出射面位于觀察視窗內(nèi)。
[0014]2、出射視窗采用T型玻璃，入射視窗與出射視窗中心點連線水平，與觀察視窗光路垂直，出射視窗的長度大于入射視窗。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)勢在于:
[0016]本裝置有三個視窗，入射視窗、出射視窗、觀察視窗。通過將入射視窗設(shè)計成特殊的T型，可以將入射視窗深入到標(biāo)定裝置內(nèi)部，使得可以通過觀察視窗，觀測到入射視窗的出射面，可以通過激光能量計得到此處的入射光強(qiáng)，可由相機(jī)記錄的該處的熒光強(qiáng)度。
[0017]為了便于調(diào)整標(biāo)定裝置的位置以及保證片光垂直入射，在裝置的底部開有兩個螺紋孔，這兩個螺紋孔位于標(biāo)定裝置底面片光入射方向的中心線上，它可以與導(dǎo)軌或升降裝置配合使用，靈活精確的實現(xiàn)對標(biāo)定裝置的位置調(diào)整，將兩個兩個螺紋孔所在的中心線放入片光所在平面，即保證入射片光與入射視窗垂直。
[0018]為了減小因片光在標(biāo)定裝置中的反射而造成的誤差，除了在入射視窗的對稱位置安裝的出射視窗外，將出射視窗的寬度與入射視窗保持一樣的情況下，加大了出射視窗的高度，因為入射視窗的邊緣折射會造成的片光發(fā)散，不對出射視窗進(jìn)行加高，會使得片光無法完全出射，在標(biāo)定裝置內(nèi)部反射增加誤差。
[0019]此外，如圖4所示，T型玻璃與裝置本體的連接處具有較大的接觸面，在端蓋的壓緊作用下，可以起到良好的密封作用，具有良好的密封性，可進(jìn)行液體或液體多種對象的標(biāo)定。裝置本體上方開有氣體或液體的進(jìn)口和出口，可以根據(jù)標(biāo)定需要調(diào)整標(biāo)定裝置內(nèi)氣體或液體的壓力或濃度。為了改變并保持裝置內(nèi)氣體或液體的溫度，該裝置可以和大功率可控加熱裝置配合使用，方便的實現(xiàn)溫度的設(shè)定與維持。裝置上方、下方的中間位置開有兩個螺紋孔，可以安裝測溫、測壓元件，可以監(jiān)測裝置內(nèi)的壓力，溫度，實現(xiàn)對裝置內(nèi)溫度與壓力的精確控制。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明的主視圖；
[0022]圖3是本發(fā)明的左視圖；
[0023]圖4是由A-A面剖開的裝配圖剖視圖；
[0024]圖5是用本發(fā)明裝置進(jìn)行標(biāo)定的一般實驗系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:
[0026]結(jié)合圖1-5，本發(fā)明的一種基于平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)的液體/氣體標(biāo)定裝置包括:端蓋1、入射視窗2、安裝測溫元件的螺紋孔3、壓板4、標(biāo)定裝置主體5、密封墊圈6、螺釘7、墊片8、出射視窗9、觀察視窗10、與位移裝置配合的螺紋孔11、安裝測壓元件的螺紋孔12、氣體或液體進(jìn)出口 13、加熱裝置14，用本發(fā)明裝置進(jìn)行標(biāo)定的一般實驗系統(tǒng)(見圖5)包括激光器A、主機(jī)B、同步控制器C、相機(jī)D、增強(qiáng)器(IR0 )E、標(biāo)定裝置F、激光能量計G、折射鏡H、偏光發(fā)生器I。
[0027]標(biāo)定裝置主體5形狀為扁形長方體；
[0028]玻璃視窗分為入射視窗2，出射視窗9，觀察視窗10，觀察視窗10為矩形平板玻璃；標(biāo)定裝置主體5的上方開有氣體或液體的口和出口 13，它們之間有為安裝測溫元件而開的螺紋孔12，下方開有兩個用以和位置調(diào)整裝置配合的螺紋孔11，它們之間開有為安裝測壓元件而開的螺紋孔3。
[0029]入射視窗2的玻璃視窗采用形狀特殊的T型玻璃，可以安裝到與之形狀相配合的標(biāo)定裝置主體上，入射視窗的片光出射面位于觀察視窗內(nèi)，可以記錄該平面內(nèi)的熒光強(qiáng)度。
[0030]與入射視窗2對應(yīng)的出射視窗9具有與入射視窗類似的結(jié)構(gòu)，入射視窗與出射視窗中心點連線水平，與觀察視窗10光路垂直，但是出射視窗9的長度大于入射視窗2，保證片光全部可以由出射視窗出射。
[0031]標(biāo)定裝置主體5下方開有兩個用以和位置調(diào)整裝置配合的螺紋孔11，這兩個螺紋孔的圓心位于標(biāo)定裝置主體底面片光進(jìn)入方向的中心線上。
[0032]標(biāo)定裝置主體5開有壓力傳感器和測溫?zé)犭娕及惭b孔，可以安裝測溫、測壓元件，實時監(jiān)測裝置內(nèi)的壓力與溫度。
[0033]標(biāo)定裝置主體5外表面貼有大功率可控加熱片，根據(jù)標(biāo)定需要，調(diào)節(jié)裝置內(nèi)的溫度，實現(xiàn)對標(biāo)定氣體或液體的保溫及加溫功能。
[0034]實施例:一種氣體熒光物質(zhì)的的熒光特性隨溫度與濃度變化的標(biāo)定以及用該熒光物質(zhì)作為示蹤劑對氣體物質(zhì)濃度的測量。
[0035]在飽和激光能量激發(fā)下，熒光強(qiáng)度和產(chǎn)生熒光的物質(zhì)的濃度有如下關(guān)系
[0036]If(x,y) =K.C(x,y)
[0037]IF(x，y)為熒光強(qiáng)度，K為與環(huán)境溫度，壓力有關(guān)的系數(shù)，C(x，y)為產(chǎn)生熒光處的熒光物質(zhì)濃度。
[0038]標(biāo)定與測量過程中將示蹤劑與所測量的氣體按一定比例混合，可以看出熒光強(qiáng)度與示蹤劑濃度(即測量對象濃度)呈線性關(guān)系，通過拍攝的熒光圖片就可以建立起熒光強(qiáng)度，氣體濃度和系數(shù)之間的關(guān)系，得到系數(shù)，在實際測量中根據(jù)所處的環(huán)境不同選擇各自的系數(shù)，就可以得到氣體濃度值以及氣體濃度的分布。具體實施過程就是，通過可控大功率加熱片為標(biāo)定裝置進(jìn)行加熱，方便快速的實現(xiàn)溫度的設(shè)定與維持，通過標(biāo)定裝置上方13樣品進(jìn)出口進(jìn)行濃度，壓力的設(shè)定，向標(biāo)定裝置中加入濃度已知的氣體，調(diào)整氣體壓力至一定值，調(diào)節(jié)加熱裝置，使溫度保持某一定值。如圖5所示為標(biāo)定系統(tǒng)的一般布置:由激光器發(fā)出一束激光經(jīng)光路偏折后，經(jīng)過片光發(fā)生器后產(chǎn)生片光，通過位移調(diào)整裝置將標(biāo)定裝置的入射視窗與片光調(diào)整至垂直，并且將標(biāo)定裝置放在片光焦點與相機(jī)視場中，產(chǎn)生的片光由入射視窗進(jìn)入，由出射視窗出射，在裝置內(nèi)產(chǎn)生的熒光，熒光會被CCD相機(jī)接收，得到的熒光圖片，此時設(shè)定不同的溫度，壓力，重復(fù)之前的過程，就可以在不同溫度與壓力下進(jìn)行標(biāo)定，最后可以得到系數(shù)值隨溫度與壓力變化的map圖。在實際測量中根基測試環(huán)境的溫度與壓力查找值，將所得到的熒光圖片對應(yīng)成氣體濃度分布圖像。
【主權(quán)項】
1.一種基于平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)的液體/氣體標(biāo)定裝置，其特征是:包括標(biāo)定裝置主體，標(biāo)定裝置主體的一個側(cè)面上安裝入射視窗，其對側(cè)上安裝出射視窗，在入射視窗和出射視窗之間的側(cè)面上安裝觀察視窗，標(biāo)定裝置主體的上端面上分別安裝氣體或液體進(jìn)口和氣體或液體出口，氣體或液體進(jìn)口和氣體或液體出口之間設(shè)置安裝測壓元件的螺紋孔，標(biāo)定裝置主體的下端面上設(shè)置兩個用以安裝位置調(diào)整裝置的螺紋孔，兩個螺紋孔之間設(shè)置安裝測壓元件的螺紋孔，標(biāo)定裝置主體的外表面貼有可控加熱片。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)的液體/氣體標(biāo)定裝置，其特征是:入射視窗采用T型玻璃，入射視窗的片光出射面位于觀察視窗內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)的液體/氣體標(biāo)定裝置，其特征是:出射視窗采用T型玻璃，入射視窗與出射視窗中心點連線水平，與觀察視窗光路垂直，出射視窗的長度大于入射視窗。
【文檔編號】G01N21/64GK105866092SQ201610407245
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】董全, 蔡志勇, 黃濤, 王德玉, 李越, 陶鋒, 趙緯
【申請人】哈爾濱工程大學(xué)