[发明专利]一种用于定点捕捉火焰自由基荧光强度的测量装置

说明书

本发明涉及燃烧诊断设备，尤其是一种用于定点捕捉火焰自由基荧光强度的测量装置。本发明公开了一种定点捕获火焰自由基荧光强度的测量装置，包括光线采集单元、光线传输单元和感光单元。所述光线采集单元由卡塞格林镜头组成；光线传输单元包括光纤、准直镜和滤光片；感光单元包括黑箱、光电倍增管和数据采集器。卡塞格林镜头用于定点采集火焰光线；光纤用于传输光线；准直镜使从光纤射出的发散光束转变成平行光束；滤光片和准直镜的卡口设置在黑箱的一侧壁面上，滤光片位于准直镜与光电倍增管之间；光电倍增管位于黑箱内，光电倍增管的输出信号通过管脚线路输出，并与数据采集器相连接，由数据采集器显示与处理输出的电信号。本发明的最大特点在于定点获得火焰自由基的光强信息。

技术领域

本发明涉及燃烧诊断设备，尤其是一种用于定点捕捉火焰自由基荧光强度的测量装置。

背景技术

燃料燃烧是动力设备中常见的现象，对燃烧状况进行深入的研究有助于掌握燃烧特性，从而改进燃烧技术、提高燃烧效率、降低污染物的排放。由于火焰自由基荧光强度在一定程度上可反映火焰温度、火焰反应区域、自由基基团浓度、热释放率等火焰参数信息，所以针对火焰自由基荧光强度的研究具有重大的意义。对火焰自由基荧光强度进行深入研究需要良好的测量手段作为工具，因此，对火焰自由基荧光强度获取方法进行探索将有助于促进对火焰结构、燃烧特性的认识。

目前国内外关于火焰自由基荧光强度的测量方法，主要集中在利用平面激光诱导荧光（PLIF）、ICCD相机等设备，获取火焰自由基荧光强度的二维分布图片，而针对“定点”获取火焰自由基荧光强度的测量方法仍有空缺。目前国内最小能采集到直径为3mm球体内的CH基团的光学信号，在某些情况下3mm球体并不足够小。

发明内容

为了解决现有技术存在采集到的“被测区域”不够小的问题，本发明提供了一种采样精度高、用于定点捕捉火焰自由基荧光强度的测量装置。

本发明中的一种火焰自由基荧光强度的测量装置，包括光线采集单元、光线传输单元和感光单元。其特征在于，光线采集单元由卡塞格林镜头组成；光线传输单元包括光纤、准直镜和滤光片；感光单元包括黑箱、光电倍增管和数据采集器。卡塞格林镜头用于定点采集火焰光线，后端设有光纤连接端口；光纤的入射端与光纤连接端口相连接，用于传输光线；光纤的出射端与准直镜相连接，准直镜使发散光束校准成平行光束；滤光片和准直镜的卡口设置在黑箱的一侧壁面上，滤光片用于过滤不同波段的光线；光电倍增管位于黑箱内，用于将光学信号转换成电信号；滤光片位于准直镜与光电倍增管之间；光电倍增管的感应视窗朝向滤光片所在一侧，与滤光片所在平面相平行；光电倍增管上用于连接输出信号的管脚位于黑箱的外侧；管脚中的相应线路与数据采集器相连接，数据采集器用于显示与处理光电倍增管输出的电信号。所述测量装置，可定点捕获火焰自由基的荧光强度，可探测波段范围在紫外至可见光区域内的自由基；火焰被测区域为直径0.1mm，高0.8mm~1.58mm的圆柱形区域；测量装置的工作距离为有限距离，范围在295mm~306mm之间。

作为优选，所述光线采集单元的卡塞格林镜头包括主镜、次镜和镜筒，用于定点采集火焰被测区域的光线；所述主镜用于对入射光束进行反射，主镜的中心开有通孔、反射面为凹面；所述次镜对主镜反射的光束进行二次反射，反射后的光束从通孔处穿出；次镜的反射面为凸面，所述镜筒用于固定主镜和次镜，镜筒前端设有用于控制进光量的光阑、后端设有光纤连接端口，主镜和次镜同轴，次镜位于主镜和被测火焰之间，主镜的凹面与次镜的凸面相对。

作为优选，所述卡塞格林镜头主镜曲率半径为r，通孔直径过小易遮挡光线、过大易引入杂光，本发明通孔直径为0.12r~0.14r；次镜曲率半径为0.5r~0.6r，主镜和次镜的距离为0.45r~0.55r，光阑通光直径为0.25r~0.3r。所述主镜的曲率半径r为300mm~305mm。所述卡塞格林镜头尾端设有调节部件，可实现前后、上下、左右六个方向的微调，其中上下、左右的调节范围在±1mm内。所述卡塞格林镜头无色差，可测不同波段的自由基，且球差、慧差小，像点直径仅为356μm。