CN109974884B - 一种基于一氧化碳飞秒激光诱导荧光光谱技术的测温方法 - Google Patents

一种基于一氧化碳飞秒激光诱导荧光光谱技术的测温方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109974884B
CN109974884B CN201910230647.6A CN201910230647A CN109974884B CN 109974884 B CN109974884 B CN 109974884B CN 201910230647 A CN201910230647 A CN 201910230647A CN 109974884 B CN109974884 B CN 109974884B
Authority
CN
China
Prior art keywords
femtosecond laser
energy level
combustion field
center wavelength
carbon monoxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910230647.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109974884A (zh
Inventor
李博
张大源
高强
刘吉绪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201910230647.6A priority Critical patent/CN109974884B/zh
Publication of CN109974884A publication Critical patent/CN109974884A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109974884B publication Critical patent/CN109974884B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

本发明公开一种基于一氧化碳飞秒激光诱导荧光光谱技术的测温方法，包括：利用飞秒激光器产生第一中心波长为的飞秒激光，此飞秒激光通过倍频晶体之后调谐到第二中心波长，第二中心波长的飞秒激光通过聚焦透镜后，在燃烧器产生的待测燃烧场中聚焦，激发待测燃烧场中的CO分子发生共振跃迁，使CO激发到高能级；处于高能级的CO向低能级跃迁，释放具备两套振转谱带的CO荧光信号，利用光谱仪对CO荧光信号进行分光，由ICCD相机收集CO荧光光谱信号送到计算机，利用计算机对荧光光谱进行分析，获得燃烧场的温度信息。本发明为光学测量方法，测量系统简单，对待测流场的干扰小，可实现封闭及开放燃烧场中温度的实时在线测量。

Description

一种基于一氧化碳飞秒激光诱导荧光光谱技术的测温方法
技术领域
本发明涉及飞秒激光诊断技术领域，特别是涉及一种基于一氧化碳飞秒激光诱导荧光光谱技术的测温方法。
背景技术
燃烧温度是表征燃烧过程的一个重要参数。获取燃烧场的准确温度信息不仅可以为解释燃烧过程中间产物的形成提供技术支持，也能促进对火焰传播机理的进一步了解[。
然而，燃烧场的复杂性使得温度测量面临很大的挑战。由于传统的接触式测温方法会对流场和燃烧反应造成严重的干扰，因此不适合在燃烧场中应用。与此相比，非接触式的光学测温技术对于流场和燃烧反应的干扰较小。常用的光学测温技术包括相干反斯托克斯拉曼散射技术(CARS)，滤波瑞利散射技术和基于双线法的激光诱导荧光技术(LIF)。CARS技术信噪比好，但空间分辨率差；瑞利散射技术能测量燃烧场温度的二维空间分布，但在高压条件和碳烟条件下仍存在一些局限性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于一氧化碳飞秒激光诱导荧光光谱技术的测温方法，通过测量飞秒激光诱导一氧化碳CO的荧光光谱，实现燃烧场中温度的实时在线测量。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种基于一氧化碳飞秒激光诱导荧光光谱技术的测温方法，包括以下步骤：
利用飞秒激光器产生第一中心波长的飞秒激光，此飞秒激光通过倍频和混频晶体之后调谐到第二中心波长，第二中心波长的飞秒激光通过聚焦透镜后，在燃烧器产生的待测燃烧场中聚焦，激发待测燃烧场中的CO分子发生共振跃迁，使CO激发到高能级；
处于高能级的CO向低能级跃迁，释放具备两套振转谱带的CO荧光信号，利用光谱仪对CO荧光信号进行分光，使用ICCD相机收集CO荧光光谱信号并送到计算机，利用计算机对荧光光谱进行分析，获得待测燃烧场的温度信息。
所述第一中心波长为800nm，所述第二中心波长为230nm。
所述燃烧器为McKenna燃烧器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明为光学测量方法，测量系统简单，对待测流场的干扰小，可实现封闭及开放燃烧场中温度的实时在线测量。
附图说明
图1所示为基于一氧化碳飞秒激光诱导荧光光谱技术的测温方法的测量示意图；
图2所示为一氧化碳CO能级图；
图3所示为一氧化碳CO飞秒激光诱导荧光光谱。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明基于一氧化碳飞秒激光诱导荧光光谱技术的测温方法，采用飞秒激光器系统、光谱仪、ICCD相机和计算机进行，其中，飞秒激光器，用于产生中心波长为800nm的飞秒激光，倍频和混频晶体，将800nm的飞秒激光通过倍频和混频等技术手段调谐到230nm，聚焦透镜，用于将230nm的飞秒激光聚焦于待测燃烧场中，McKenna燃烧器，用于产生待测燃烧场，光谱仪，对荧光信号进行分光，ICCD相机，用于获取CO荧光光谱，计算机，用于记录并分析数据，具体按以下的步骤进行：
使用飞秒激光器1产生中心波长为800nm的飞秒激光，此飞秒激光通过倍频及混频晶体2之后调谐到230nm，该230nm的飞秒激光经反射透镜8后，通过聚焦透镜3后，使用聚焦透镜3将波长为230nm的飞秒激光聚焦于McKenna燃烧器4形成的待测燃烧场中，激发诱导待测燃烧场中处于基态的CO分子发生共振跃迁，向高能级跃迁，使CO激发到高能级；处于高能级的CO不稳定，会自发向低能级跃迁释放具备两套振转谱带的CO荧光信号；使用光谱仪5对信号进行分光，并利用用ICCD相机6收集CO荧光光谱信号，并送到处理计算机；处理计算机结合光谱分析和定标过程，即可实现待测燃烧场温度的在线测量。
工作原理如图2所示，当波长为230nm的飞秒激光入射到待测燃烧场中时，待测燃烧场中的CO分子会吸收两个230nm的光子完成B1Σ+←X1Σ+跃迁,处于高能级的CO分子不稳定，会向下跃迁(B1Σ+←A1Π)，释放荧光谱，图3所示。
飞秒激光具有光谱范围宽的特点，在230nm的飞秒激光光谱范围约为8nm。这种飞秒激光能够覆盖CO分子的两套振转荧光谱带：传统跃迁谱带(0-n)如图2中跃迁所示和热跃迁谱带(1-n)如图3中跃迁所示。这两套振转荧光谱带与待测燃烧场的温度有关，通过光谱分析，基于两套振转谱带的荧光强度比可实现待测燃烧场的温度测量。
本发明为光学测量方法，测量系统简单，对待测流场的干扰小，可实现封闭及开放燃烧场中温度的实时在线测量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于一氧化碳飞秒激光诱导荧光光谱技术的测温方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用飞秒激光器产生第一中心波长的飞秒激光，此飞秒激光通过倍频晶体之后调谐到第二中心波长，第二中心波长的飞秒激光通过聚焦透镜后，在燃烧器产生的待测燃烧场中聚焦，激发待测燃烧场中的CO分子发生共振跃迁，使CO激发到高能级；
处于高能级的CO向低能级跃迁，释放具备两套振转谱带的CO荧光信号，利用光谱仪对CO荧光信号进行分光，由ICCD相机收集CO荧光光谱信号送到计算机，利用计算机对荧光光谱进行分析，获得待测燃烧场的温度信息；
所述第一中心波长为800nm，所述第二中心波长为230nm；
基于两套振转谱带的荧光强度比实现待测燃烧场的温度测量。
2.如权利要求1所述基于一氧化碳飞秒激光诱导荧光光谱技术的测温方法，其特征在于，所述燃烧器为McKenna燃烧器。
CN201910230647.6A 2019-03-26 2019-03-26 一种基于一氧化碳飞秒激光诱导荧光光谱技术的测温方法 Active CN109974884B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910230647.6A CN109974884B (zh) 2019-03-26 2019-03-26 一种基于一氧化碳飞秒激光诱导荧光光谱技术的测温方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910230647.6A CN109974884B (zh) 2019-03-26 2019-03-26 一种基于一氧化碳飞秒激光诱导荧光光谱技术的测温方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109974884A CN109974884A (zh) 2019-07-05
CN109974884B true CN109974884B (zh) 2023-09-22

Family

ID=67080543

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910230647.6A Active CN109974884B (zh) 2019-03-26 2019-03-26 一种基于一氧化碳飞秒激光诱导荧光光谱技术的测温方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109974884B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112284566B (zh) * 2020-10-10 2023-02-28 哈尔滨工业大学 一种基于深度学习的超声速燃烧室温度测量装置及其测量方法
CN113820035B (zh) * 2021-09-28 2023-09-15 应急管理部天津消防研究所 飞秒激光成丝远程非接触温度测量装置及测量方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2658607A1 (fr) * 1990-02-22 1991-08-23 Sextant Avionique Procede et systeme de mesure optique de la temperature de l'air par excitation laser, notamment en avant d'un aeronef.
US5730528A (en) * 1996-08-28 1998-03-24 Lockheed Martin Energy Systems, Inc. High temperature thermometric phosphors for use in a temperature sensor
JPH10185694A (ja) * 1996-12-20 1998-07-14 Tokyo Gas Co Ltd 火炎温度測定方法およびその装置
WO2007143034A1 (en) * 2006-05-30 2007-12-13 University Of Utah Research Foundation Simultaneous amplification and detection if ribonucleic acid by an optical method using surface plasmon resonance
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
CN109443588A (zh) * 2018-11-29 2019-03-08 天津大学 基于飞秒激光诱导化学发光的流场温度测量装置及方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2658607A1 (fr) * 1990-02-22 1991-08-23 Sextant Avionique Procede et systeme de mesure optique de la temperature de l'air par excitation laser, notamment en avant d'un aeronef.
US5730528A (en) * 1996-08-28 1998-03-24 Lockheed Martin Energy Systems, Inc. High temperature thermometric phosphors for use in a temperature sensor
JPH10185694A (ja) * 1996-12-20 1998-07-14 Tokyo Gas Co Ltd 火炎温度測定方法およびその装置
WO2007143034A1 (en) * 2006-05-30 2007-12-13 University Of Utah Research Foundation Simultaneous amplification and detection if ribonucleic acid by an optical method using surface plasmon resonance
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
CN109443588A (zh) * 2018-11-29 2019-03-08 天津大学 基于飞秒激光诱导化学发光的流场温度测量装置及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Temperature measurements in heated gases and flames using carbon monoxide femtosecond two-photon laser-induced fluorescence;Li Bo;Sensors and Actuators A:Physical;第353卷;摘要 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109974884A (zh) 2019-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Tunable diode laser absorption spectroscopy based temperature measurement with a single diode laser near 1.4 μm
Zhang et al. Femtosecond broadband fluorescence upconversion spectroscopy: Improved setup and photometric correction
Teichert et al. Simultaneous in situ measurement of CO, H 2 O, and gas temperatures in a full-sized coal-fired power plant by near-infrared diode lasers
Hashimoto et al. Upconversion time-stretch infrared spectroscopy
CN101995395B (zh) 一种激光诱导多种光谱联合指纹网络在线检测材料的方法
CN101625269B (zh) 一种同时监测燃烧火焰温度场和中间产物浓度二维分布的方法
CN109443588B (zh) 基于飞秒激光诱导化学发光的流场温度测量装置及方法
US9163988B2 (en) Detection systems and methods using coherent anti-stokes Raman spectroscopy
CN109974884B (zh) 一种基于一氧化碳飞秒激光诱导荧光光谱技术的测温方法
CN106990095B (zh) 反射式共焦cars显微光谱测试方法与装置
Wu et al. Sensitive detection of CO 2 concentration and temperature for hot gases using quantum-cascade laser absorption spectroscopy near 4.2 μm
Andreana et al. Amplitude and polarization modulated hyperspectral stimulated Raman scattering microscopy
Reckers et al. Spatially resolved multispecies and temperature analysis in hydrogen flames
Tchenio et al. Dispersed fluorescence spectra of single molecules of pentacene in p-terphenyl
Brackmann et al. Simultaneous vibrational and pure rotational coherent anti-Stokes Raman spectroscopy for temperature and multispecies concentration measurements demonstrated in sooting flames
Arnold et al. Laser in situ monitoring of combustion processes
Aldén Spatially and temporally resolved laser/optical diagnostics of combustion processes: From fundamentals to practical applications
CN209961360U (zh) 一种基于一氧化碳飞秒激光诱导荧光光谱技术的测温装置
Schwarm et al. Time-resolved laser absorption imaging of ethane at 2 kHz in unsteady partially premixed flames
CN110118762A (zh) 火焰ch基和no分子同步或选择性激发测量装置及方法
Carrivain et al. Experimental spectroscopic studies of carbon monoxide (CO) fluorescence at high temperatures and pressures
Kim et al. Suppression of unpolarized background interferences for Raman spectroscopy under continuous operation
Xue et al. Detection of microplastics based on spatial heterodyne Raman spectroscopy
CN105784643A (zh) 一种降低气体拉曼光谱荧光背景的装置及其方法
Westblom et al. Simultaneous multiple species detection in a flame using laser-induced fluorescence

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant