一種氣體溫度測量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣體介質(zhì)中分子擴散系數(shù)的測量裝置和方法，包括標記激光器、顯示激光器、ICCD相機和延遲發(fā)生器；標記激光器的輸出激光經(jīng)整形為標記線狀激光束，顯示激光器的輸出光束經(jīng)整形為片狀顯示激光束，標記線狀激光束處于片狀顯示激光束的所在的平面內(nèi)，片狀顯示激光束處于待測氣體介質(zhì)中，ICCD相機正對片狀顯示激光束成像；延遲發(fā)生器的三路延時輸出端分別接標記激光器、顯示激光器和ICCD相機。本發(fā)明提出了一種新的測溫原理測量氣體溫度，利用該方法測量氣體溫度能夠在觀測氣體擴散過程的同時獲得氣體的溫度信息，而且可以與其他溫度測量方法聯(lián)合，達到相互驗證的目的。
【專利說明】一種氣體溫度測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于溫度測量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是基于光學(xué)的非接觸式氣體溫度測量【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種氣體溫度測量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是國際單位制中七個基本物理量之一，它與人類生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究有著密切關(guān)系。隨著人類社會的不斷進步和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，溫度測量技術(shù)也得到了不斷的發(fā)展。
[0003]溫度測量方法有很多，根據(jù)測量時傳感器與被測對象的接觸方式不同可以劃分為接觸式和非接觸式測溫兩大類。
[0004]接觸式測溫方法，根據(jù)測溫原理的不同可分為:I)膨脹式溫度測量，如玻璃液體溫度計；2)電量式溫度測量，如熱電偶；3)接觸式光電/熱色溫度測量，如光纖測溫計等。接觸測溫法在測量時需要與被測物體或介質(zhì)充分接觸，測量的是被測對象和傳感器的平衡溫度，測量的時間/空間分辨率較低。接觸測量方法的測量過程不僅會對被測介質(zhì)有一定的干擾，還必須保證傳感器不與被測介質(zhì)有化學(xué)反應(yīng)，另外大多數(shù)接觸式測量方法存在導(dǎo)熱誤差、輻射誤差等影響。
[0005]非接觸式測溫方法，根據(jù)測溫原理不同可分為:1)輻射式溫度測量，如熱像儀；2)光譜法溫度測量，如瑞利、拉曼散射溫度測量；3)激光干涉測溫，如激光全息照相法溫度測量；4)聲波、微波法溫度測量，如微波衰減法溫度測量。
[0006]綜上所述，目前溫度的測量方法多種多樣，每種測量方法都有各自的優(yōu)點和缺點，實際測量過程中需要根據(jù)測量對象、測量環(huán)境等實際條件選擇合適的溫度測量方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:建立一種新的非接觸式氣體溫度測量方法，利用該方法可以測量氣體的溫度參數(shù)。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種氣體溫度的測量裝置，包括標記激光器、顯示激光器、ICXD相機和延遲發(fā)生器；標記激光器的輸出激光經(jīng)整形為標記線狀激光束，所述顯示激光器的輸出光束經(jīng)整形為片狀顯示激光束，所述的標記線狀激光束處于片狀顯示激光束的所在的平面內(nèi)，所述的片狀顯示激光束處于待測氣體介質(zhì)中，所述的IC⑶相機正對片狀顯示激光束成像；
[0010]所述的延遲發(fā)生器的三路延時輸出端分別接標記激光器、顯示激光器和ICXD相機。
[0011 ] 上述氣體溫度的測量裝置中，標記激光器是可將H2O解離為OH并進行標記的激光器。
[0012]上述氣體溫度的測量裝置中，標記激光器為輸出波長193nm的ArF準分子激光器。
[0013]上述氣體溫度的測量裝置中，顯示激光器為能被羥基共振吸收并產(chǎn)生熒光的激光器.[0014]上述氣體溫度的測量裝置中，顯示激光器為輸出波長282nm的可調(diào)諧染料激光器。
[0015]上述氣體溫度的測量裝置中，IC⑶相機窗口前安裝有濾光片，所述的濾光片對顯示激光所激射的熒光波長高透射，對其他波長吸收或反射。
[0016]上述氣體溫度的測量裝置中，濾光片6中心波長為310nm，半高寬為20nm。
[0017]一種氣體溫度的測量方法，包括以下步驟:
[0018][I]確定作為溫度測量媒介的光解離分子A，并使其保持合適的濃度；
[0019][2]標定得到氣體的溫度T和A分子擴散系數(shù)的關(guān)系；
[0020][3]測量得到未知溫度氣體介質(zhì)中標記分子的擴散系數(shù)；
[0021][4]由[3]的擴散系數(shù)值，根據(jù)[8.2]的氣體的溫度T和A分子擴散系數(shù)曲線，計算出被測量氣體介質(zhì)的溫度值。
[0022]其中[2]包括以下步驟:
[0023][2.1]采用標準的溫度測量儀器測量得到氣體溫度值T ；
[0024][2.2]設(shè)置延遲發(fā)生器的延時時間，使ICXD相機曝光時間與標記激光器、顯示激光器同步輸出，用相機拍攝初始時刻標記激光被氣體共振吸收產(chǎn)生的熒光圖像，計算初始時刻標記分子空間分布曲線的半高寬Cltl ；
[0025][2.3]調(diào)節(jié)延遲發(fā)生器參數(shù)，保持ICXD相機的曝光時間與顯示激光同步，調(diào)節(jié)數(shù)字脈沖延遲發(fā)生器，將標記激光與顯示激光之間的延時調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)時間t，用相機拍攝標記激光被氣體共振吸收產(chǎn)生的的熒光圖像，計算經(jīng)過時間t后標記分子空間分布曲線的半高寬dt ；
[0026][2.4]將擴散時間t、dQ和dt代入
【權(quán)利要求】
1.一種氣體溫度的測量裝置，其特征在于:包括標記激光器(I)、顯示激光器(7)、ICCD相機(10)和延遲發(fā)生器⑶； 所述的標記激光器(I)的輸出激光經(jīng)整形為標記線狀激光束(3)，所述顯示激光器(7)的輸出光束經(jīng)整形為片狀顯示激光束(5)，所述的標記線狀激光束(3)處于片狀顯示激光束(5)的所在的平面內(nèi)，所述的片狀顯示激光束(5)處于待測氣體介質(zhì)(4)中，所述的ICCD相機(10)正對片狀顯示激光束(5)成像； 所述的延遲發(fā)生器的三路延時輸出端分別接標記激光器(I)、顯示激光器(7)和ICCD相機(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體溫度的測量裝置，其特征在于:所述的標記激光器(I)是可將H2O解離為OH并進行標記的激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體溫度的測量裝置，其特征在于:所述的標記激光器(7)為輸出波長193nm的ArF準分子激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體溫度的測量裝置，其特征在于:所述的顯示激光器(12)為能被羥基共振吸收并產(chǎn)生熒光的激光器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣體溫度的測量裝置，其特征在于:所述顯示激光器(12)為輸出波長282nm的可調(diào)諧染料激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣體溫度的測量裝置，其特征在于:所述的IC⑶相機(15)窗口前安裝有濾光片，所述的濾光片(14)對顯示激光所激射的熒光波長高透射，對其他波長吸收或反射。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣體溫度的測量裝置，其特征在于:所述濾光片6中心波長為310nm,半高寬為20nm。
8.利用權(quán)利要求1所述的氣體溫度的測量裝置進行氣體溫度測量的方法，其特征在于，包括以下步驟: [8.1]確定作為溫度測量媒介的光解離分子A，并使其保持合適的濃度； [8.2]標定得到氣體的溫度T和A分子擴散系數(shù)的關(guān)系； [8.3]測量得到未知溫度氣體介質(zhì)中標記分子的擴散系數(shù)； [8.4]由[8.3]的擴散系數(shù)值，根據(jù)[8.2]的氣體的溫度T和A分子擴散系數(shù)曲線，計算出被測量氣體介質(zhì)的溫度值。 其中[8.2]包括以下步驟: [8.2.1]采用標準的溫度測量儀器測量得到氣體溫度值T ; [8.2.2]設(shè)置延遲發(fā)生器的延時時間，使ICXD相機曝光時間與標記激光器、顯示激光器同步輸出，用相機拍攝初始時刻標記激光被氣體共振吸收產(chǎn)生的熒光圖像，計算初始時刻標記分子空間分布曲線的半高寬Cltl ； [8.2.3]調(diào)節(jié)延遲發(fā)生器參數(shù)，保持ICCD相機的曝光時間與顯示激光同步，調(diào)節(jié)數(shù)字脈沖延遲發(fā)生器，將標記激光與顯示激光之間的延時調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)時間t，用相機拍攝標記激光被氣體共振吸收產(chǎn)生的的熒光圖像，計算經(jīng)過時間t后標記分子空間分布曲線的半高寬dt ； [8.2.4]將擴散時間t、dQ和dt代入
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氣體溫度的測量方法，其特征在于:所述的標記分子為水蒸氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氣體溫度的測量方法，其特征在于:所述的標記分子的體積濃度為0.1% -2%。
【文檔編號】G01K13/02GK103926022SQ201410171518
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】張振榮, 胡志云, 葉景峰, 李國華, 瞿譜波, 王晟, 趙新艷 申請人:西北核技術(shù)研究所