[发明专利]一种用于高空间分辨率气体测量的激光检测装置及方法

说明书

本发明提供了一种用于高空间分辨率气体测量的激光检测装置及方法，包括激光扩束器以及带电子滚动快门红外相机；激光扩束器以及带电子滚动快门红外相机相对设置在待测气体流场两端；激光器通过激光准直器与激光扩束器之间光路连接；带电子滚动快门红外相机前设有带通滤光片；带电子滚动快门红外相机镜头连接用于采集图像数据的计算机。本发明一种用于高空间分辨率气体测量的激光检测装置及方法，可以高空间分辨率气体测量，同时具有设备体积小，成本低以及性能可靠的优点。

技术领域

本发明属于气体测量领域，尤其是涉及一种用于高空间分辨率气体测量的激光检测装置及方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，激光吸收光谱技术已广泛应用于气体流场检测，在现有技术条件下，为了实现二维空间分辨测量，一般是将激光吸收光谱技术与计算机层析成像技术相结合，即安排多个不同角度的激光发射接收光路，覆盖整个待测截面，测得每个光路的积分吸光度后再利用计算机层析成像技术重建气体的二维分布信息，这样为了提高空间分辨率，不得不增加光路布置，使用大量的光电探测器，这样受光电探测器设备体积限制，存在着空间分辨率低，系统复杂度以及设备成本均比较高的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于高空间分辨率气体测量的激光检测装置，可以高空间分辨率气体测量，同时具有设备体积小，成本低以及性能可靠的优点。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于高空间分辨率气体测量的激光检测装置，包括激光扩束器以及带电子滚动快门红外相机；激光扩束器以及带电子滚动快门红外相机相对设置在待测气体流场两端；

激光器通过激光准直器与激光扩束器之间光路连接；

带电子滚动快门红外相机前设有带通滤光片；

带电子滚动快门红外相机连接用于采集图像数据的计算机。

进一步的，激光器连接用于控制输出波长的激光控制器。

进一步的，激光控制器连接用于输入信号的信号发生器。

一种用于高空间分辨率气体测量的激光检测方法，使用上述的用于高空间分辨率气体测量的激光检测装置；包括如下步骤：

步骤1：依据带电子滚动快门红外相机得到的激光经过待测气体流场后的灰度图像，提取所有像素点的灰度值，将提取的灰度值按照电子滚动快门扫描的方向依次排列即可获得不同空间位置的吸收信号，计算吸光度α_v；

其中，α_v是吸光度，I_t是经过待测气体吸收后的激光光强，I₀是没有经过待测气体吸收后的激光光强；v是波数；

在频域上，对上式求积分，得到积分吸光度A：

A＝∫α_vdv

其中A是积分吸光度，V是波数；

步骤2：计算待测气体流场的气体浓度x；

其中，P是气体总压强，T是温度，S_i为i谱线线强，L是激光穿过待测气体的光程，A是积分吸光度。

相对于现有技术，本发明一种用于高空间分辨率气体测量的激光检测装置及方法，具有以下优势：

第一，本发明公开的技术方案，使用带电子滚动快门红外相机代替传统的光电探测器，无需布置多条光路即可实现对气体流场的高空间分辨二维测量，大大提高了空间分辨率，并可推广至三维空间分辨测量。