基于分子吸收光譜的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場速度測(cè)量裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于分子吸收光譜發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場速度測(cè)量裝置與方法，測(cè)量裝置包括激光設(shè)定單元、激光分束單元、測(cè)量單元、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理單元，激光分束單元和激光設(shè)定單元連接，位于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場一側(cè)，測(cè)量單元包括兩個(gè)激光探測(cè)器，位于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場另一側(cè)，和激光分束單元相對(duì)，數(shù)據(jù)處理單元，用于對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到燃燒流場速度，由于本發(fā)明基于分子吸收光譜，將燃?xì)饨M分濃度變化造成的激光衰減脈動(dòng)信號(hào)作為互相關(guān)分析的隨機(jī)信號(hào)實(shí)現(xiàn)互相關(guān)測(cè)速，使得本發(fā)明提供的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場速度測(cè)量裝置以及方法僅需要激光穿過待測(cè)燃燒流場既可獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，具有結(jié)構(gòu)簡單、非接觸式、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】基于分子吸收光譜的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場速度測(cè)量裝置與方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于流場速度測(cè)試領(lǐng)域，具體涉及一種基于分子吸收光譜的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流 場速度測(cè)量裝置與方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等以碳?xì)浠衔餅槿剂系陌l(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場中，流場速 度是分析燃燒狀態(tài)、評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要參數(shù)之一。但是由于流場速度和氣流溫度較高， 且燃燒、多相流動(dòng)、傳熱與傳質(zhì)過程十分復(fù)雜，給測(cè)量帶來了很多困難。
[0003] 目前，常用的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場速度的測(cè)量方法為侵入式測(cè)量方法和圖像測(cè)量法。 侵入式測(cè)量方法將測(cè)試部件置于流場中，不僅易干擾流場，甚至?xí)斐闪鲌龅母淖?，并且結(jié) 果通常需要進(jìn)一步修正，精度不高；圖像測(cè)量法通常需對(duì)流場加入示蹤粒子，而對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī) 燃燒流場來說，在流場中均勻加入示蹤粒子較為困難，同時(shí)示蹤粒子圖像易被很強(qiáng)的燃燒 火焰信號(hào)所湮沒，且示蹤粒子也會(huì)影響燃燒。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是為解決上述問題而進(jìn)行的，基于分子吸收光譜，以燃燒流場中燃?xì)饨M分 濃度變化造成的激光光強(qiáng)變化作為脈動(dòng)信號(hào)，通過上下游兩束激光的脈動(dòng)信號(hào)的互相關(guān)分 析，獲得互相關(guān)渡越時(shí)間，并結(jié)合兩束激光的間距，計(jì)算燃燒流場速度測(cè)量，提供了一種非 接觸式基于分子吸收光譜的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場速度測(cè)量裝置與方法，實(shí)現(xiàn)高溫高速燃燒流場 的速度測(cè)量，進(jìn)一步提高現(xiàn)有流場速度測(cè)量裝置的簡易度，同時(shí)提高測(cè)量靈敏度。
[0005] 本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明提供的基于分子吸收光譜的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場速度測(cè)量裝置，用于測(cè)量發(fā)動(dòng) 機(jī)燃燒流場中的流場速度，具有這樣的特征，包括：激光設(shè)定單元，用于設(shè)定激光器的工作 波長和強(qiáng)度；激光分束單元，位于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場一側(cè)，包括將激光設(shè)定單元輸出的激光分 成兩束的激光分束器；測(cè)量單元，位于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場另一側(cè)，和激光分束單元相對(duì)，包括 兩個(gè)接收激光分束單元輸出的兩束激光經(jīng)待測(cè)燃燒流場后的透射光激光探測(cè)器；以及數(shù)據(jù) 處理單元，對(duì)探測(cè)單元的信號(hào)進(jìn)行處理，得到燃燒流場速度。
[0007] 本發(fā)明提供的基于分子吸收光譜的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場速度測(cè)量裝置，還可讓具有這 樣的特征，還包括：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于記錄保存測(cè)量單元的激光光強(qiáng)信號(hào)以及數(shù)據(jù)處理單 元的處理結(jié)果。
[0008] 本發(fā)明提供的基于分子吸收光譜的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場速度測(cè)量裝置，還可讓具有這 樣的特征：激光設(shè)定單元和激光分束單元通過光纖連接。
[0009] 本發(fā)明提供的基于分子吸收光譜的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場速度測(cè)量裝置，還可讓具有這 樣的特征：激光分束單元還包括兩個(gè)準(zhǔn)直器，激光分束器連接，用于將激光分束器分出的兩 束光以垂直于流場方向且沿流場軸向平行排列的方式輸出。
[0010] 進(jìn)一步的，本發(fā)明還提供了一種基于分子吸收光譜的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場速度測(cè)量方 法，其特征在于，包括以下步驟：
[0011] 步驟1，激光設(shè)定單元將激光器工作波長調(diào)制到選定的燃?xì)饨M分分子吸收譜線，t匕 如 H2O 分子的 7185. 597CHT1、7168. 437CHT1 等；
[0012] 步驟2,激光分束單元將激光設(shè)定單元輸出的激光分成在沿待測(cè)燃燒流場軸向平 行排列的兩束，并將兩束激光垂直入射待測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場，透射光由對(duì)面的激光探測(cè)單 元接收；
[0013] 步驟3,數(shù)據(jù)處理單元對(duì)探測(cè)單元的信號(hào)進(jìn)行處理，得到燃燒流場速度。
[0014] 本發(fā)明提供的基于分子吸收光譜的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場速度測(cè)量方法，還可讓具有這 樣的特征：數(shù)據(jù)處理單元將兩個(gè)激光透射信號(hào)作為互相關(guān)分析的隨機(jī)信號(hào)x(t)和y(t)，開 展兩信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)分析：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于分子吸收光譜的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場速度測(cè)量裝置，用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場 中的流場速度，其特征在于，包括： 激光設(shè)定單元，用于設(shè)定激光器的工作波長和強(qiáng)度； 激光分束單元，位于所述發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場一側(cè)，包括將所述激光設(shè)定單元輸出的激光 分成兩束的激光分束器； 測(cè)量單元，位于所述發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場另一側(cè)，和所述激光分束單元相對(duì)，包括兩個(gè)接收 所述激光分束單元輸出的兩束激光經(jīng)待測(cè)燃燒流場后的透射光激光探測(cè)器； W及數(shù)據(jù)處理單元，對(duì)所述探測(cè)單元的信號(hào)進(jìn)行處理，得到燃燒流場速度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分子吸收光譜的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場速度測(cè)量裝置，其特征 在于，還包括： 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于記錄保存所述測(cè)量單元的激光光強(qiáng)信號(hào)W及所述數(shù)據(jù)處理單元的 處理結(jié)果。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分子吸收光譜的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場速度測(cè)量裝置，其特征 在于： 其中，所述激光設(shè)定單元和所述激光分束單元通過光纖連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分子吸收光譜的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場速度測(cè)量裝置，其特征 在于： 其中，所述激光分束單元還包括兩個(gè)準(zhǔn)直器，所述準(zhǔn)直器和所述激光分束器連接，用于 將所述激光分束器分出的兩束光W垂直于流場方向且沿流場軸向平行排列的方式輸出。
5. -種基于分子吸收光譜的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場速度測(cè)量方法，其特征在于，包括W下步 驟： 步驟1，激光設(shè)定單元將激光器工作波長調(diào)制到選定的燃?xì)饨M分分子吸收譜線； 步驟2,激光分束單元將所述激光設(shè)定單元輸出的激光分成在空間互相平行的兩束，并 將所述兩束激光垂直入射待測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場，透射光由對(duì)面的激光探測(cè)單元接收； 步驟3,數(shù)據(jù)處理單元對(duì)所述探測(cè)單元的信號(hào)進(jìn)行處理，得到燃燒流場速度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于分子吸收光譜的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場速度測(cè)量方法，其特征 在于： 其中，所述數(shù)據(jù)處理單元將兩個(gè)激光透射信號(hào)作為互相關(guān)分析的隨機(jī)信號(hào)x(t)和 y (t)，開展兩信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)分析：
并求得信號(hào)渡越時(shí)間T。， 其中，T為積分平均時(shí)間，X為時(shí)間變量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于分子吸收光譜的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場速度測(cè)量方法，其特征 在于： 其中，所述燃燒流場速度的計(jì)算方法為；Vwg = d/ X。，其中d為兩束激光之間的距離。
【文檔編號(hào)】G01P5/26GK104391132SQ201410657740
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】楊斌, 蔡小舒, 楊薈楠, 桂欣揚(yáng), 姜勇俊, 黃斌 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)