可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量裝置,包括標(biāo)記激光器、顯示激光器、ICCD相機(jī)和延遲發(fā)生器;標(biāo)記激光器的輸出激光經(jīng)整形為線狀光束,顯示激光器的輸出激光經(jīng)整形為片狀光束,標(biāo)記激光的線狀光束處于顯示激光片狀光束的所在的平面內(nèi),顯示激光的片狀光束處于待測(cè)流場(chǎng)內(nèi),ICCD相機(jī)正對(duì)片狀光束成像,延遲發(fā)生器的三路延時(shí)輸出端分別接標(biāo)記激光器、顯示激光器和ICCD相機(jī)。本發(fā)明在流場(chǎng)流動(dòng)過(guò)程中拍攝標(biāo)記激光瑞利散射光信號(hào)作為標(biāo)記線一個(gè)時(shí)刻的圖像,可以有效地減小分子標(biāo)記速度測(cè)量技術(shù)中強(qiáng)振動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響,對(duì)目前常用的裝置改動(dòng)不大,且對(duì)流場(chǎng)沒(méi)有特殊要求,適用性好。
【專(zhuān)利說(shuō)明】可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于流場(chǎng)速度測(cè)量相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】,特別是一種適用于強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境的分子標(biāo)記速度技術(shù)中避免振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在對(duì)流場(chǎng)特性的研究中,精確的速度測(cè)量對(duì)了解流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、流場(chǎng)動(dòng)力學(xué)分析及數(shù)值計(jì)算模型修正具有重要意義。非接觸的光學(xué)測(cè)量技術(shù)對(duì)流場(chǎng)無(wú)干擾、時(shí)空分辨率高,是目前常用的流場(chǎng)速度測(cè)量方法。光學(xué)的速度測(cè)量方法有激光多普勒測(cè)速技術(shù)(laser Dopplervelocimetry, LDV),粒子成像速度測(cè)量技術(shù)(particle image velocimetry, PIV)等。 [0003]分子標(biāo)記速度測(cè)量技術(shù)(molecular tagging velocimetry, MTV)是直接探測(cè)流場(chǎng)某些分子速度的一種速度測(cè)量技術(shù),它利用納秒級(jí)脈沖激光與流場(chǎng)中特定分子的相互作用改變分子特性,在沿激光束的直線上產(chǎn)生可區(qū)別于流場(chǎng)其它位置,且具有一定壽命的標(biāo)記分子,然后通過(guò)顯示技術(shù)(激光誘導(dǎo)熒光等)對(duì)這些標(biāo)記分子進(jìn)行顯示,在^和t2兩個(gè)時(shí)刻拍攝標(biāo)記分子的位置,得到標(biāo)記分子的移動(dòng)距離d,進(jìn)而通過(guò)V = d/(trt2)計(jì)算得到流場(chǎng)速度V,其速度測(cè)量原理如圖1所示。由于不需要在流場(chǎng)中撒入大質(zhì)量的粒子,沒(méi)有流場(chǎng)跟隨性問(wèn)題,因此分子標(biāo)記技術(shù)能夠得到高精度的速度測(cè)量結(jié)果。產(chǎn)生分子標(biāo)記的方法有多種,比如利用波長(zhǎng)193nm的ArF準(zhǔn)分子激光解離流場(chǎng)中的水(H2O)分子可以沿激光束產(chǎn)生羥基(OH),這些OH的存在壽命通常大于幾十微妙,它們即為流場(chǎng)的標(biāo)記分子。在OH的存在時(shí)間內(nèi),利用平面激光誘導(dǎo)羥基熒光(OH-PLIF)技術(shù)對(duì)它們進(jìn)行顯示,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)流場(chǎng)的速度測(cè)量
[0004]通常情況下,顯示過(guò)程中h和t2的間隔要求不大于幾個(gè)微秒,對(duì)于利用平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)進(jìn)行顯示的標(biāo)記分子,熒光持續(xù)時(shí)間短(幾十納秒),顯示所需的激光能量較強(qiáng),因此要實(shí)現(xiàn)&和〖2兩個(gè)時(shí)刻同時(shí)顯示,所需的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)比較復(fù)雜。為了簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)裝置,較常使用的方法是,在實(shí)驗(yàn)前對(duì)靜止的流場(chǎng)進(jìn)行標(biāo)記分子拍攝,記錄靜止?fàn)顟B(tài)標(biāo)記分子位置作為A時(shí)刻的標(biāo)記分子位置;在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,通過(guò)調(diào)整標(biāo)記激光和顯示激光之間的時(shí)間間隔td,記錄標(biāo)記分子在流場(chǎng)中t2 = 時(shí)刻的位置,在實(shí)驗(yàn)環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定的情況下,能夠得到精確的速度測(cè)量結(jié)果。但是在流量較大的流場(chǎng)環(huán)境中(比如航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)流場(chǎng)),流動(dòng)帶來(lái)的強(qiáng)烈振動(dòng)會(huì)引起設(shè)備的位移,若仍以靜止?fàn)顟B(tài)下流場(chǎng)的標(biāo)記圖像作為h時(shí)刻圖像會(huì)帶來(lái)較大的測(cè)量誤差。
[0005]鑒于&和〖2的間隔通常為微秒級(jí)別,遠(yuǎn)小于機(jī)械振動(dòng)周期(一般機(jī)械振動(dòng)頻率小于5000Hz),因此只要在流動(dòng)過(guò)程中能夠同時(shí)拍攝tl和t2時(shí)刻標(biāo)記分子圖像,即可有效降低振動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾。顯然,再增加一套顯示系統(tǒng)是可行的,但會(huì)顯著增加設(shè)備的復(fù)雜程度。在先技術(shù)(Amber N.Perkins, Dual-Pulse Hydroxyl Tagging Velocimetry (HTV) inJet Engine Exhausts.AIAA2009-5108)通過(guò)一臺(tái)可快速開(kāi)關(guān)兩次的相機(jī)依次記錄標(biāo)記激光誘導(dǎo)流場(chǎng)中的煤油熒光U1時(shí)刻)和顯示激光誘導(dǎo)的標(biāo)記分子熒光(t2時(shí)刻)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)干擾的抑制,為了使得標(biāo)記分子熒光圖像清晰,在相機(jī)鏡頭前加裝可通過(guò)分子熒光帶通濾光片。但由于標(biāo)記分子熒光和流場(chǎng)中的煤油熒光在光譜上不重合,在保證t2時(shí)刻分子熒光圖像清晰的同時(shí),使得時(shí)刻煤油熒光圖像信噪比大大降低。而且,不是所有的流場(chǎng)都存在煤油分子,這種方法適用范圍較小。在先技術(shù)(Jennifer A.1nman, Laser-1nducedFluorescence Velocity Measurements in Supersonic Underexpanded Impinging Jets.AIAA2010-1438)針對(duì)開(kāi)放流場(chǎng),設(shè)計(jì)了穿越整個(gè)流場(chǎng)的標(biāo)記線進(jìn)行流場(chǎng)測(cè)量,使得標(biāo)記線的兩端處于靜止的流場(chǎng)中,而標(biāo)記線中心部分處于流動(dòng)流場(chǎng)中,以一副圖像中處于靜止流場(chǎng)和流動(dòng)流場(chǎng)的標(biāo)記分子的位置分別作為\和t2時(shí)刻的位置,也有效地降低了振動(dòng)的干擾,但這種方法也僅適用于開(kāi)放流場(chǎng)中,對(duì)于有約束的內(nèi)流場(chǎng)無(wú)法使用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的是在不顯著增加設(shè)備復(fù)雜程度的基礎(chǔ)上提供一種可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量裝置及方法。
[0007]由于標(biāo)記激光在與流場(chǎng)中的分子作用時(shí)不僅能夠起到標(biāo)記的作用,同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生瑞利散射,因此本發(fā)明的思路是在流動(dòng)過(guò)程中同時(shí)拍攝標(biāo)記激光的瑞利散射和標(biāo)記分子熒光分別作為標(biāo)記分子h時(shí)刻和t2時(shí)刻圖像,此時(shí)h對(duì)應(yīng)于標(biāo)記激光的出光時(shí)刻,t2對(duì)應(yīng)于顯示激光的出光時(shí)刻,^-^控制在微秒量級(jí),可有效消除振動(dòng)對(duì)測(cè)量的影響。實(shí)現(xiàn)方法是利用一臺(tái)可快速開(kāi)關(guān)兩次的相機(jī)(兩次開(kāi)關(guān)的時(shí)間間隔為微妙量級(jí)),在相機(jī)鏡頭前加裝一個(gè)可透過(guò)標(biāo)記激光瑞利散射和標(biāo)記分子熒光,而不透過(guò)其它強(qiáng)背景干擾光的濾光片。利用時(shí)間延遲裝置控制相機(jī)快門(mén)在A時(shí)刻開(kāi)關(guān)一次,此時(shí)拍攝測(cè)量區(qū)域的標(biāo)記激光瑞利散射光作為標(biāo)記分子h時(shí)刻圖像;控制相機(jī)快門(mén)在t2時(shí)刻開(kāi)關(guān)一次,由于比激光脈沖時(shí)間大得多,標(biāo)記激光的瑞利散射光已經(jīng)消失,且濾光片阻止了顯示激光散射光的通過(guò),因此拍攝到的是測(cè)量區(qū)域標(biāo)記分子的熒光圖像,即為標(biāo)記分子t2時(shí)刻圖像。由于兩個(gè)時(shí)刻圖像是在流動(dòng)過(guò)程中很短的時(shí)間間隔拍攝的、無(wú)強(qiáng)干擾的真實(shí)標(biāo)記線圖像,因此利用它們計(jì)算標(biāo)記線的移動(dòng)距離,可以得到精確的速度測(cè)量結(jié)果。
[0008]除了通常的分子標(biāo)記技術(shù)中所需的標(biāo)記激光器、顯示激光器系統(tǒng)、光學(xué)器件、時(shí)間延遲裝置、拍攝相機(jī)、標(biāo)記分子熒光帶通濾光片等設(shè)備,本發(fā)明需將拍攝相機(jī)改進(jìn)為可快速開(kāi)關(guān)兩次的相機(jī),將標(biāo)記分子熒光帶通濾光片改進(jìn)為可透過(guò)標(biāo)記激光瑞利散射和標(biāo)記分子熒光,而不透過(guò)其它強(qiáng)背景干擾光的濾光片。
[0009]本發(fā)明的具體技術(shù)方案為:一種可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量裝置,包括標(biāo)記激光器、顯示激光器、ICXD相機(jī)和延遲發(fā)生器;
[0010]所述的標(biāo)記激光器的輸出激光經(jīng)整形為標(biāo)記線狀激光束,所述顯示激光器的輸出激光經(jīng)整形為片狀顯示激光束,所述的標(biāo)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(cè)流場(chǎng)內(nèi),所述標(biāo)記線狀激光束的方向與流場(chǎng)的流速方向的夾角大于0°,所述的IC⑶相機(jī)正對(duì)片狀顯示激光束成像;所述的延遲發(fā)生器的三路延時(shí)輸出端分別接標(biāo)記激光器、顯示激光器和ICCD相機(jī)。
[0011]上述可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量裝置中,標(biāo)記激光器為與流場(chǎng)中特定分子作用使之可作為流場(chǎng)標(biāo)記分子的激光器,即是可將H2O解離為OH并進(jìn)行標(biāo)記的激光器,或者是將NO2解離為NO并進(jìn)行標(biāo)記的激光器。
[0012]上述可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量裝置中,標(biāo)記激光器為輸出波長(zhǎng)193nm的ArF準(zhǔn)分子激光器。
[0013] 上述可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量裝置中,顯示激光為流場(chǎng)標(biāo)記分子共振吸收并輻射熒光的激光器,即能被羥基共振吸收并產(chǎn)生熒光輻射的激光器。
[0014]上述可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量裝置中,顯示激光器的輸出波長(zhǎng)為282nm,羥基共振吸收并產(chǎn)生熒光的波長(zhǎng)為310nm。
[0015]上述可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量裝置中,顯示激光為倍頻YAG激光器、可調(diào)諧染料激光器和倍頻器組成的激光器系統(tǒng)。
[0016]上述可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量裝置中,IC⑶相機(jī)窗口前安裝有濾光片,濾光片對(duì)標(biāo)記激光和熒光輻射的波長(zhǎng)高透射,對(duì)其他波長(zhǎng)吸收或反射。
[0017]上述可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量裝置中,濾光片中只包含兩個(gè)通帶,其中通帶一的中心波長(zhǎng)為193nm,半高寬為5nm,通帶二的中心波長(zhǎng)為310nm,半高寬為10nm。
[0018]利用上述裝置進(jìn)行的可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量方法包括以下步驟:
[0019][1]設(shè)置延遲發(fā)射器的延時(shí)時(shí)間,使得標(biāo)記激光器的觸發(fā)和ICXD的第一次快門(mén)信號(hào)同步,顯示激光器的觸發(fā)和ICCD的第二次快門(mén)信號(hào)同步;
[0020][2]開(kāi)啟流場(chǎng);
[0021][3]延遲發(fā)生器依次輸出三路相互獨(dú)立的脈沖方波信號(hào),第一路信號(hào)觸發(fā)標(biāo)記激光器出光,第二路信號(hào)觸發(fā)顯示激光器出光,第三路信號(hào)兩次觸發(fā)ICCD相機(jī)快門(mén),記錄圖像;
[0022][4] ICXD相機(jī)獲取h和t2時(shí)刻的流場(chǎng)內(nèi)的標(biāo)記線圖像,并處理得到兩條線之間的距離d;
[0023][5]根據(jù)V = d/ (t!-t2),計(jì)算得到流場(chǎng)速度。
[0024]上述可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量方法中,兩次ICCD相機(jī)快門(mén)觸發(fā)信號(hào)的間隔小于5 μ S。
[0025]本發(fā)明具有以下的有益技術(shù)效果:
[0026]1、本發(fā)明在流場(chǎng)流動(dòng)過(guò)程中拍攝標(biāo)記激光瑞利散射光信號(hào)作為標(biāo)記線一個(gè)時(shí)刻的圖像,可以有效地減小分子標(biāo)記速度測(cè)量技術(shù)中強(qiáng)振動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響,對(duì)目前常用的裝置改動(dòng)不大,且對(duì)流場(chǎng)沒(méi)有特殊要求,適用性好;
[0027]2、本發(fā)明可以適用于用激光作用產(chǎn)生標(biāo)記分子,并用平面激光誘導(dǎo)熒光顯示的流場(chǎng)速度測(cè)量技術(shù)中,比如激光解離水產(chǎn)生OH技術(shù),用OH-PLIF顯示,激光解離NO2產(chǎn)生NO技術(shù),用NO-PLIF顯示等;
[0028]3、本發(fā)明在ICXD前增加了濾光片,只對(duì)標(biāo)記激光和熒光輻射的波長(zhǎng)高透射,對(duì)其他波長(zhǎng)吸收或反射,從而提高了測(cè)量信噪比。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0029]附圖1:分子標(biāo)記速度測(cè)量原理不意圖。
[0030]附圖2:避免振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量裝置示意圖。
[0031]附圖3:雙帶通濾光片透過(guò)率光譜示意圖。
[0032]附圖標(biāo)記如下:
[0033]I一標(biāo)記線狀激光束(暨tl時(shí)刻的分子標(biāo)記線),2—片狀顯示激光束,3—流場(chǎng)流動(dòng)方向,4一流場(chǎng),5—跟隨流場(chǎng)移動(dòng)的標(biāo)記線,6—標(biāo)記線移動(dòng)距離,7—標(biāo)記激光器,8-聚焦透鏡,9 一光束整形器,10—反射鏡,11 一反射鏡,12 —顯示激光器,13 —延遲發(fā)生器,14-濾光片,15 — ICQ)相機(jī),16—計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0034]基于分子標(biāo)記的流場(chǎng)速度測(cè)量原理如圖1所示,在流場(chǎng)4內(nèi)入射顯示激光束,并被整形為片狀,稱(chēng)為片狀光顯示激光束2,在片狀顯示激光束2所在的平面內(nèi),入射標(biāo)記線狀激光束I。隨著流場(chǎng)的流動(dòng),初始分子標(biāo)記線就發(fā)生移動(dòng),通過(guò)CCD記錄兩個(gè)時(shí)刻分別對(duì)應(yīng)的初始標(biāo)記線和跟隨流場(chǎng)移動(dòng)標(biāo)記線5的圖像,獲得得到標(biāo)記線移動(dòng)距離6,從而計(jì)算得到流場(chǎng)的流速分布參數(shù)。標(biāo)記線狀激光束I的方向通常與流場(chǎng)流動(dòng)方向3垂直,也可以具有一定的夾角,用于測(cè)量不同夾角的流速。
[0035]基本步驟為:
[0036]1.利用光學(xué)器件(透鏡、反射鏡等)將標(biāo)記激光整形成單個(gè)或多個(gè)激光束;
[0037]2.利用光學(xué)器件(透鏡、反射鏡等)將顯示激光整形為片狀光,并將解離激光束與顯示激光片調(diào)整到同一個(gè)平面內(nèi),且與待測(cè)流場(chǎng)面重合;
[0038]3.調(diào)整安裝有濾光片的相機(jī)鏡頭,使測(cè)量區(qū)域成像清晰;
[0039]4.控制標(biāo)記激光器在h時(shí)刻出光,控制相機(jī)開(kāi)關(guān)一次拍攝標(biāo)記激光的瑞利散射光作為標(biāo)記線h時(shí)刻圖像;
[0040]5.控制顯不激光器在1:2時(shí)刻出光,控制相機(jī)開(kāi)關(guān)一次拍攝標(biāo)記分子突光作為標(biāo)記線t2時(shí)刻圖像;
[0041]6.根據(jù)記錄到的兩幅標(biāo)記線位置計(jì)算流場(chǎng)在t2_ti時(shí)間內(nèi)的移動(dòng)距離d,利用V =d/(trt2)計(jì)算得到消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)速度。其中標(biāo)記激光和顯示激光均為脈沖激光,脈沖寬度遠(yuǎn)小于相機(jī)開(kāi)門(mén)時(shí)間遠(yuǎn)小于Vt1,兩次開(kāi)門(mén)時(shí)間間隔可調(diào)。t2-ti根據(jù)待測(cè)流場(chǎng)的速度進(jìn)行選擇確定,通常為微秒級(jí),流場(chǎng)速度越高值越小。
[0042]圖2為本發(fā)明流場(chǎng)流速測(cè)量裝置示意圖,主要包括標(biāo)記激光器7、顯示激光器12、IC⑶相機(jī)15和延遲發(fā)生器13 ;標(biāo)記激光器7的輸出激光經(jīng)整形為標(biāo)記線狀激光束1,所述顯示激光器12的輸出激光經(jīng)整形為片狀顯示激光束2,所述的標(biāo)記線狀激光束I處于片狀顯示激光束2的所在的平面內(nèi),片狀顯示激光束2處于待測(cè)流場(chǎng)4內(nèi),ICXD相機(jī)15正對(duì)片狀顯示激光束2成像,延遲發(fā)生器的三路延時(shí)輸出端分別接標(biāo)記激光器7、顯示激光器12和ICCD 相機(jī) 15。
[0043]實(shí)施例:
[0044]避免振動(dòng)干擾的單線OH標(biāo)記速度測(cè)量(HTV)技術(shù)。標(biāo)記激光器7是ArF準(zhǔn)分子激光器,其輸出波長(zhǎng)為193nm,脈沖能量約50mJ,脈沖寬度20ns,與流場(chǎng)中的水相互作用產(chǎn)生OH作為流場(chǎng)標(biāo)記。顯示激光系統(tǒng)8為倍頻YAG激光器+可調(diào)諧染料激光器+倍頻器系統(tǒng),輸出激光波長(zhǎng)約282nm,能量約5mJ。通過(guò)波長(zhǎng)調(diào)諧,使顯示激光能夠被OH共振吸收并產(chǎn)生波長(zhǎng)約310nm的熒光輻射。拍攝OH熒光的門(mén)控ICCD相機(jī)前增加了濾光片,ICCD相機(jī)可在小于2μ s的時(shí)間內(nèi)快速開(kāi)關(guān)兩次,每次開(kāi)門(mén)時(shí)間設(shè)置為50ns,時(shí)間延遲調(diào)節(jié)裝置為一臺(tái)數(shù)字脈沖延遲發(fā)生器。
[0045]圖3為實(shí)施例中濾光片參數(shù)。濾光片14為f 193+310雙通帶濾光片,通帶一的中心波長(zhǎng)193nm,半高寬5nm,通帶二的中心波長(zhǎng)3IOnm,半高寬10nm。濾光片可對(duì)標(biāo)記激光和熒光輻射的波長(zhǎng)高透射,對(duì)其他波長(zhǎng)吸收也可以反射,大大提高了測(cè)量信噪比。
[0046]具體的步驟如下:
[0047]1.用焦距為500_的球面透鏡將標(biāo)記激光聚焦于探測(cè)區(qū)域,在探測(cè)區(qū)域形成近似直線的光束,焦點(diǎn)處光束直徑約0.4mm,;
[0048]2.顯示激光經(jīng)光束整形后形成寬度40mm,厚度0.5mm的片狀光束,通過(guò)波長(zhǎng)調(diào)諧,使顯示激光能夠被OH共振吸收并產(chǎn)生波長(zhǎng)約3IOnm的熒光輻射;
[0049]3.通過(guò)調(diào)整,使得標(biāo)記激光束處于顯示激光片平面內(nèi),且與待測(cè)流場(chǎng)面重合;
[0050]4.調(diào)整ICXD相機(jī)鏡頭,使待測(cè)流場(chǎng)區(qū)域清晰成像;
[0051]5.數(shù)字脈沖延遲發(fā)生器依次輸出三路相互獨(dú)立的脈沖方波信號(hào)。根據(jù)系統(tǒng)中的時(shí)序設(shè)置,第一路信號(hào)觸發(fā)ArF激光器,第二路信號(hào)觸發(fā)YAG激光器,第三路信號(hào)觸發(fā)ICCD相機(jī);
[0052]6.調(diào)節(jié)時(shí)間延遲,使ArF激光器與ICXD相機(jī)的第一次開(kāi)關(guān)同步;
[0053]7.調(diào)節(jié)時(shí)間延遲并對(duì)ICXD相機(jī)兩次開(kāi)門(mén)時(shí)間間隔進(jìn)行設(shè)置,使YAG激光器+染料激光器+倍頻器 系統(tǒng)與ICCD相機(jī)的第二次開(kāi)關(guān)同步;
[0054]8.調(diào)節(jié)數(shù)字脈沖延遲發(fā)生器,控制ArF激光器在h時(shí)刻出光,拍攝ArF激光束的瑞利散射圖像;
[0055]9.調(diào)節(jié)數(shù)字脈沖延遲發(fā)生器,控制YAG激光器+染料激光器+倍頻器系統(tǒng)在t2時(shí)刻出光,拍攝標(biāo)記分子熒光圖像;
[0056]10.根據(jù)記錄到的兩幅標(biāo)記線位置計(jì)算流場(chǎng)在t2_ti時(shí)間內(nèi)的移動(dòng)距離d,利用V=d/(t!-t2)計(jì)算得到消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)速度。
[0057]需要說(shuō)明的是,本發(fā)明除了可以適用于激光解離水產(chǎn)生OH技術(shù),用OH-PLIF顯示外,還可用于激光解離NO2產(chǎn)生NO技術(shù),用NO-PLIF顯示等。以上均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量裝置,其特征在于:包括標(biāo)記激光器(7)、顯示激光器(12)、ICCD相機(jī)(15)和延遲發(fā)生器(13); 所述的標(biāo)記激光器(7)的輸出激光經(jīng)整形為標(biāo)記線狀激光束(I),所述顯示激光器(12)的輸出激光經(jīng)整形為片狀顯示激光束(2),所述的標(biāo)記線狀激光束(I)處于片狀顯示激光束(2)的所在的平面內(nèi),所述的片狀顯示激光束(2)處于待測(cè)流場(chǎng)(4)內(nèi),所述標(biāo)記線狀激光束的方向與流場(chǎng)的流速方向的夾角大于0°,所述的ICCD相機(jī)(15)正對(duì)片狀顯示激光束(2)成像;所述的延遲發(fā)生器的三路延時(shí)輸出端分別接標(biāo)記激光器(7)、顯示激光器(12)和 ICCD 相機(jī)(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量裝置,其特征在于:所述的標(biāo)記激光器(7)是可將H2O解離為OH并進(jìn)行標(biāo)記的激光器,或者是將NO2解離為NO并進(jìn)行標(biāo)記的激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量裝置,其特征在于:所述的標(biāo)記激光器(X)為輸出波長(zhǎng)193nm的ArF準(zhǔn)分子激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)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)生熒光輻射的激光器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量裝置,其特征在于:所述顯不激光器(12)的輸出波長(zhǎng)為282nm,羥基共振吸收并產(chǎn)生突光的波長(zhǎng)為310nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量裝置,其特征在于:所述顯示激光器(12)為倍頻YAG激光器、可調(diào)諧染料激光器和倍頻器組成的激光器系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量裝置,其特征在于:所述的ICCD相機(jī)(15)窗口前安裝有濾光片,所述的濾光片(14)對(duì)標(biāo)記激光和熒光輻射的波長(zhǎng)高透射,對(duì)其他波長(zhǎng)吸收或反射。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量裝置,其特征在于:所述濾光片(14)中只包含兩個(gè)通帶,其中通帶一的中心波長(zhǎng)為193nm,半高寬為5nm,通帶二的中心波長(zhǎng)為310nm,半高寬為10nm。
9.一種利用權(quán)利要求1所述的可消除振動(dòng)干擾的流場(chǎng)流速測(cè)量裝置進(jìn)行流場(chǎng)流速測(cè)量的方法,其特征在于,包括以下步驟: [9.1]設(shè)置延遲發(fā)生器的延時(shí)時(shí)間,使得標(biāo)記激光器的觸發(fā)和IC⑶相機(jī)的第一次快門(mén)信號(hào)同步,顯示激光器的觸發(fā)和ICCD相機(jī)的第二次快門(mén)信號(hào)同步; [9.2]開(kāi)啟流場(chǎng); [9.3]延遲發(fā)生器依次輸出三路相互獨(dú)立的脈沖方波信號(hào),第一路信號(hào)觸發(fā)標(biāo)記激光器出光,第二路信號(hào)觸發(fā)顯示激光器出光,第三路信號(hào)兩次觸發(fā)ICCD相機(jī)快門(mén),記錄圖像; [9.4] ICXD相機(jī)獲取h和t2時(shí)刻的流場(chǎng)內(nèi)的標(biāo)記線圖像,并處理得到兩條線之間的距離d ; [9.5]根據(jù)V = d/ (t1-t2),計(jì)算得到流場(chǎng)速度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的流場(chǎng)流速測(cè)量方法,其特征在于:所述兩次ICCD相機(jī)快門(mén)觸發(fā)信號(hào)的間隔小于5 μ S。
【文檔編號(hào)】G01P5/26GK103941038SQ201410172368
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】葉景峰, 王晟, 邵珺, 張振榮, 李國(guó)華, 胡志云 申請(qǐng)人:西北核技術(shù)研究所