[发明专利]一种基于高频正弦校准光的激光光线偏折校正装置及方法

说明书

本发明设计了一种基于高频正弦校准光的激光光线偏折校正装置，所用元件包括：红外可调谐激光光源、可见光激光光源、光纤耦合器、准直器、光电探测器等。该方法包括以下步骤：首先控制激光光源分别输出高频正弦波形式和扫描锯齿波形式的校准光信号和探测光信号；穿过被测温度区域后，校准光和探测光均受到光线偏折效应的影响产生光强波动；接收端使用宽波段的光电探测器同时检测校准光和探测光信号。提取正弦校准光的实测振幅变化，获得光线偏折效应造成的光强波动情况。利用该系数曲线对探测光信号进行修正，剔除光线偏折的影响，仅保留探测光中激光吸收对应的信息，从而实现对光线偏折效应的校正。在激光吸收光谱技术应用中具有重要的使用价值和广阔的应用前景。

(一)技术领域

本发明涉及一种基于高频正弦校准光的激光光线偏折校正装置及方法，具体涉及以高频正弦波形式输出校准光信号，以扫描锯齿波形式输出探测光信号，通过求取校准光高频正弦波振幅可以得到由于光线偏折效应导致的光强波动情况，进而对探测光进行修正，最终实现对激光吸收光谱温度测量过程中遇到的光线偏折问题的校正。

(二)背景技术

燃烧温度场分布是反映燃烧状况的主要参数之一，对其进行准确监测，可以为燃烧器的设计提供有效的参考依据，对改善燃烧器的燃烧状况、提高燃烧效率、降低污染物的排放具有重要意义。然而燃烧过程自身具有瞬态变化、随机湍流、环境恶劣等特征，这给其温度场的测量带来了很大困难。目前常用的燃烧温度测量方法分为接触式和非接触式测量方法，常见接触式热电偶测温法属于单点测温，容易干扰流场或受到不良因素影响，且热电偶具有热惯性，响应速度较慢，且随着燃烧室的发展，燃烧室出口燃气温度不断提高，己超过了热电偶测温范围的上限。非接触式测温方法主要有声学测温法、光辐射测温法和激光光谱测温法，其中声学法测量高动态燃烧室温度时，高速气流会对声波飞行过程产生横向干扰；而光辐射测温法在测量温度场分布时图像处理过程复杂、计算量大；相比之下，激光诊断技术由于不与被测介质接触、响应速度快等优点而得到快速发展。其中，相干反斯托克斯拉曼散射光谱 (CARS)和平面激光诱导荧光(PLIF)两种方法尽管测量精度相对较高，但其光学结构非常复杂，信号调节和处理困难，光源功率要求高。激光吸收光谱技术(LAS)进行气体浓度和温度测量的方法具有无需预处理、测量响应速度快、数据准确、环境适应性强、可多参数同时检测等优点，在高温气体温度的在线测量方面具有很好的发展前景。

LAS测温原理是：利用锯齿波信号调制可调谐激光二极管激光器输出激光，使之扫过整个吸收线线型，激光经过火焰首先被特定分子吸收然后到达探测器光敏面得到光强信号。通过分析探测器测得的光强信号可以得到特征气体谱线吸收情况，从而计算出特征气体参数，实现燃烧温度场的测量。能否精确获得经过被测温度场后的光强吸收情况是激光吸收光谱法的关键。