CN106500997A - 一种基于可调谐半导体激光器光谱吸收法的内燃机缸内压力及温度测试方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光谱检测领域，具体涉及一种基于可调谐半导体激光器光谱吸收法的内燃机缸内压力及温度测试方法及装置。一种基于可调谐半导体激光器光谱吸收法的内燃机缸内压力及温度测试方法，包括如下步骤：针对气缸内的某种气体组分，选取包含该气体组分吸收峰的可调谐半导体激光器，将激光器发出的激光穿过内燃机气缸，用光电探测器得到经缸内气体吸收后的吸收谱线，根据所得到的吸收谱线的线宽值来测量缸内压力及温度值，实现缸内压力及温度的实时在线测量。本发明可以很好地解决内燃机缸内工作过程复杂、工作环境恶劣等因素对测量误差的影响，能有效准确的测量缸内压力值及温度值。本发明适用于实时检测内燃机缸内的压力及温度的信息。

Description

一种基于可调谐半导体激光器光谱吸收法的内燃机缸内压力 及温度测试方法及装置
技术领域
本发明属于光谱检测领域，具体涉及一种基于可调谐半导体激光器光谱吸收法的内燃机缸内压力及温度测试方法及装置。
背景技术
内燃机是一种高效的动力装置，在内燃机的发展过程中，内燃机的功率一直是人类关注的主要问题，但随着环境问题的恶化，作为大气污染物的主要来源，内燃机的排放问题也逐渐受到了广泛的关注，机外的减排措施已经很难使得排放达到法律要求，对内燃机缸内燃烧的分析将是一种很好地解决排放问题与提高效率的方式。其中内燃机的示工图是深入研究内燃机工作过程和动力性能指标的重要内容，通过示工图可以得到内燃机工作性能的许多参数，也可以对改变内燃机的燃烧方式起到一定的指导作用。作为示工图的两个重要的参数：温度与压力。准确的测量温度与压力值为后续的研究工作有很重要的意义。内燃机缸内压力测试最早采取机械仪表式检测装置，这种仪器由于需要外接管线，对压力测试起到了干扰做用，所测量的结果误差大，很难满足内燃机气缸爆发压力和压缩压力在高温高压脉动气体冲击和有机械振动的环境下的检测使用。现有的缸内压力与温度测量多应用传感器进行测量，这种方法易受周围的电磁信号干扰，并且在缸内布置的传感器对缸内测试场有干扰，不能准确显示温度与压力值，并且这类传感器由于工作环境的恶劣，寿命一般很短，价格也比较昂贵。也做不到实时在线检测。
相对于上述方法，基于光谱吸收法的光学测试手段无疑成为实时在线检测内燃机缸内压力及温度的最佳方法。光谱吸收法的原理简单、响应时间迅速，目前，基于可调谐半导体激光吸收光谱的光学测试方法(TDLAS)，已经在众多领域取得了很好的结果。将应用光谱吸收法得到的吸收谱线的线形函数与温度及压力的关系相结合，即可得到所测缸内的温度及压力值。可以实现内燃机缸内压力及温度的实时在线测量。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有内燃机缸内温度及压力测试方法因其缸内工作过程复杂、工作环境恶劣造成的对测量仪器要求过高及对测试结果影响较大的问题，提供一种基于可调谐半导体激光器光谱吸收法的内燃机缸内压力及温度测试方法
本发明的目的还在于提供一种基于可调谐半导体激光器光谱吸收法的内燃机缸内压力及温度测试装置。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于可调谐半导体激光器光谱吸收法的内燃机缸内压力及温度测试方法，包括如下步骤：针对气缸内的某种气体组分，选取包含该气体组分吸收峰的可调谐半导体激光器，将激光器发出的激光穿过内燃机气缸，用光电探测器得到经缸内气体吸收后的吸收谱线，根据所得到的吸收谱线的线宽值来测量缸内压力及温度值，实现缸内压力及温度的实时在线测量。
根据所述的光电探测器得到的吸收谱线的线型，结合吸收谱线线型的线宽与温度和压力的值有一定的关系来进行缸内的压力及温度的测试。
包括激光器控制器1、激光器2、内燃机气缸3、激光器的光电探测器4、信号处理系统5；激光器控制器1控制激光器2，使激光器2输出的激光的波长锁定在针对的某种内燃机缸内气体组分的吸收峰位置，在其吸收峰附近进行扫描；该激光穿过内燃机气缸3，激光器的光电探测器4探测穿过内燃机气缸3后的吸收谱线，得到的吸收谱线信息发送给信号处理系统5。
所述的信号处理系统5采用计算机实现。
本发明的有益效果在于：本发明采用一个激光器和信号处理系统相结合，可实时的获得准确的缸内压力及温度值。本发明可以很好地解决内燃机缸内工作过程复杂、工作环境恶劣等因素对测量误差的影响，能有效准确的测量缸内压力值及温度值。本发明适用于实时检测内燃机缸内的压力及温度的信息。
附图说明
图1为本发明所述的一种基于可调谐半导体激光器光谱吸收法的内燃机缸内压力及温度测试装置的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
一种基于可调谐半导体激光器光谱吸收法的内燃机缸内压力及温度测试法及装置，可有效的用于内燃机的示功图的研究。本发明是为了解决内燃机气缸内工作过程复杂、工作环境恶劣造成的对测量仪器要求过高的问题，同时该发明也能做到实时在线检测。本发明针对内燃机缸内的某一种气体组分的吸收峰，选择一种激光器，使该激光器输出的激光波长锁定在该吸收峰处，并在该吸收峰处进行扫描，再用光电探测器检测经内燃机气缸内气体吸收后的吸收谱线线型，根据所得到的数据进行分析计算，进而实现内燃机缸内的压力及温度值的实时在线检测。由于测量的是光程上各个点的平均值，所以本发明能有效的避免传统测压及测温装置的单点测试，并且对内燃机改动不大可有效避免测试装置对测试区域的干扰作用，测试原理简单，响应时间短，可以适用于参数瞬态变化的内燃机气缸内的压力及温度测量。
一种基于可调谐半导体激光器光谱吸收法的内燃机缸内压力及温度测试法，该方法为：针对气缸内的某种气体组分，例如O2或N2，选取包含该气体吸收峰谱线的可调谐激光器。可调谐半导体激光器的输出波长与激光器控制器的电流源成线性关系。使激光器控制器的电流源在一定范围内周期性变化，激光器射出的激光波长也在一定范围内周期性变化。将激光器发出的光穿过内燃机气缸，穿过后的光用光电探测器进行接收。在测试中可以根据光电探测器所获得数据，进而得到所选针对气体吸收峰处的线形函数，其中线形函数即为吸收谱线的线型，吸收谱线的线型主要以谱线的线宽表示，它有两种形式的线宽，分别是碰撞加宽和多普勒加宽，在实际应用中是这两种形式的联合作用。这两种线宽与环境中的温度及压力有直接关系，所以可以根据线形函数的线宽反演出气缸内的压力及温度值。进而实现内燃机气缸内的压力和温度实时在线测量。
一种基于可调谐半导体激光器光谱吸收法的内燃机缸内压力及温度测试法的装置包括激光器控制器1、激光器2、内燃机气缸3、激光器的光电探测器4、信号处理系统5；
激光器控制器1控制激光器2，使激光器2输出的激光的波长锁定在针对的某种内燃机缸内气体组分的吸收峰位置，在其吸收峰附近进行扫描。该激光穿过内燃机气缸3，激光器的光电探测器4探测穿过内燃机气缸3后的吸收谱线。得到的吸收谱线信息发送给信号处理系统5。
实施例一：本实施方式所述的一种基于可调谐半导体激光器光谱吸收法的内燃机缸内压力及温度测试方法为：针对内燃机缸内的某一种气体组分的吸收峰，选择一种激光器，使该激光器输出的激光波长锁定在该吸收峰处，并在该吸收峰处进行扫描，再用光电探测器检测经内燃机气缸内气体吸收后的吸收谱线线型，根据所得到的数据进行分析计算，进而得到内燃机缸内的压力及温度值，实现实时在线测量。
实施例二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于可调谐半导体激光器光谱吸收法的内燃机缸内压力及温度测试装置，其特征在于：它包括激光器控制器1、激光器2、内燃机气缸3、激光器的光电探测器4、信号处理系统5；
激光器控制器1控制激光器2，使激光器2输出的激光的波长锁定在针对的某种内燃机缸内气体组分的吸收峰位置，并进行扫描，该激光穿过内燃机气缸3，激光器的光电探测器4探测穿过内燃机气缸3后的吸收谱线，并将得到的吸收谱线信息发送给信号处理系统5。信号处理系统5采用计算机实现。

Claims (4)

1.一种基于可调谐半导体激光器光谱吸收法的内燃机缸内压力及温度测试方法，其特征在于，包括如下步骤：针对气缸内的某种气体组分，选取包含该气体组分吸收峰的可调谐半导体激光器，将激光器发出的激光穿过内燃机气缸，用光电探测器得到经缸内气体吸收后的吸收谱线，根据所得到的吸收谱线的线宽值来测量缸内压力及温度值，实现缸内压力及温度的实时在线测量。
2.根据权利要求1所述的一种基于可调谐半导体激光器光谱吸收法的内燃机缸内压力及温度测试方法，其特征在于：根据所述的光电探测器得到的吸收谱线的线型，结合吸收谱线线型的线宽与温度和压力的值有一定的关系来进行缸内的压力及温度的测试。
3.一种基于可调谐半导体激光器光谱吸收法的内燃机缸内压力及温度测试装置，其特征在于：包括激光器控制器(1)、激光器(2)、内燃机气缸(3)、激光器的光电探测器(4)、信号处理系统(5)；激光器控制器(1)控制激光器(2)，使激光器(2)输出的激光的波长锁定在针对的某种内燃机缸内气体组分的吸收峰位置，在其吸收峰附近进行扫描；该激光穿过内燃机气缸(3)，激光器的光电探测器(4)探测穿过内燃机气缸(3)后的吸收谱线，得到的吸收谱线信息发送给信号处理系统(5)。
4.根据权利要求3所述的一种基于可调谐半导体激光器光谱吸收法的内燃机缸内压力及温度测试装置，其特征在于：所述的信号处理系统(5)采用计算机实现。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107084907A (zh) * 2017-06-07 2017-08-22 浙江师范大学 血液细菌培养检测方法及其应用
CN107560754A (zh) * 2017-07-12 2018-01-09 北京航空航天大学 一种基于调制锯齿波信号的激光光线偏折校正装置及方法
CN110657992A (zh) * 2019-10-17 2020-01-07 北京航空航天大学 一种空间接入型双光梳系统监测航空发动机燃烧场的方法
CN111238822A (zh) * 2018-11-29 2020-06-05 北京致感致联科技有限公司 燃烧室动态压强在线监测系统
CN111795829A (zh) * 2020-07-07 2020-10-20 西安热工研究院有限公司 一种基于tdlas技术燃气轮机燃烧状态参数监测系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102183316A (zh) * 2010-12-10 2011-09-14 中国科学院安徽光学精密机械研究所 可调谐半导体激光吸收光谱温度实时监测仪
US20120154813A1 (en) * 2010-12-17 2012-06-21 General Electric Company System and method for real-time measurement of equivalence ratio of gas fuel mixture
US20130050680A1 (en) * 2011-08-24 2013-02-28 General Electric Company System and methods for making temperature and pressure measurements utilizing a tunable laser diode
CN103323115A (zh) * 2013-06-24 2013-09-25 清华大学 基于波长调制的气体吸收谱线线宽和线型系数的测量方法
CN104764719A (zh) * 2015-03-31 2015-07-08 哈尔滨工程大学 一种基于吸收峰锁定模式的内燃机排放气体成分测量装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102183316A (zh) * 2010-12-10 2011-09-14 中国科学院安徽光学精密机械研究所 可调谐半导体激光吸收光谱温度实时监测仪
US20120154813A1 (en) * 2010-12-17 2012-06-21 General Electric Company System and method for real-time measurement of equivalence ratio of gas fuel mixture
US20130050680A1 (en) * 2011-08-24 2013-02-28 General Electric Company System and methods for making temperature and pressure measurements utilizing a tunable laser diode
CN103323115A (zh) * 2013-06-24 2013-09-25 清华大学 基于波长调制的气体吸收谱线线宽和线型系数的测量方法
CN104764719A (zh) * 2015-03-31 2015-07-08 哈尔滨工程大学 一种基于吸收峰锁定模式的内燃机排放气体成分测量装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107084907A (zh) * 2017-06-07 2017-08-22 浙江师范大学 血液细菌培养检测方法及其应用
CN107560754A (zh) * 2017-07-12 2018-01-09 北京航空航天大学 一种基于调制锯齿波信号的激光光线偏折校正装置及方法
CN107560754B (zh) * 2017-07-12 2019-07-12 北京航空航天大学 一种基于调制锯齿波信号的激光光线偏折校正装置及方法
CN111238822A (zh) * 2018-11-29 2020-06-05 北京致感致联科技有限公司 燃烧室动态压强在线监测系统
CN110657992A (zh) * 2019-10-17 2020-01-07 北京航空航天大学 一种空间接入型双光梳系统监测航空发动机燃烧场的方法
CN110657992B (zh) * 2019-10-17 2021-01-15 北京航空航天大学 一种空间接入型双光梳系统监测航空发动机燃烧场的方法
CN111795829A (zh) * 2020-07-07 2020-10-20 西安热工研究院有限公司 一种基于tdlas技术燃气轮机燃烧状态参数监测系统

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