[发明专利]一种基于荧光寿命测量的喷雾液滴温度测量系统及其测量方法

权利要求书

1.一种基于荧光寿命测量的喷雾液滴温度测量系统，其特征在于，包括基础光源设备、倍频设备、物镜、消色差双色镜、光纤、滤波片、光电倍增管、时间相关单光子计数及皮秒时间计时器，所述基础光源设备产生的激光经过所述倍频设备转换成适合用于待测溶液发生荧光的激发波长，再经所述物镜将激光聚焦于待测喷雾区域，通过所述消色差双色镜将激光诱导荧光信号进行收集，再经所述光纤将荧光导入所述光电倍增管内，通过所述滤波片实现荧光信号的最优收集，最后通过所述时间相关单光子计数及皮秒时间计时器，获取荧光信号衰减曲线，利用标定方法，建立起荧光寿命与温度间的定量关系式，最终通过标定关系式即可获取喷雾温度的直接测量值。

2.根据权利要求1所述的一种基于荧光寿命测量的喷雾液滴温度测量系统，其特征在于，所述基础光源设备为飞秒级钛蓝宝石激光器，皮秒染料激光器或同轴闪光灯，所述基础光源设备产生的激光波长范围在200nm～1200nm，脉冲宽度不低于500ps。

3.根据权利要求1所述的一种基于荧光寿命测量的喷雾液滴温度测量系统，其特征在于，所述倍频设备含有二倍频晶体或三倍频晶体。

4.根据权利要求1所述的一种基于荧光寿命测量的喷雾液滴温度测量系统，其特征在于，所述物镜的焦距大于所处高度下的喷雾半径。

5.根据权利要求1所述的一种基于荧光寿命测量的喷雾液滴温度测量系统，其特征在于，所述消色差双色镜的焦距大于所处高度下的喷雾半径，且与激光平面成90°位置摆放。

6.根据权利要求1所述的一种基于荧光寿命测量的喷雾液滴温度测量系统，其特征在于，所述滤波片为带通滤波片，且其中央波长选取区间为450～650nm。

7.根据权利要求1所述的一种基于荧光寿命测量的喷雾液滴温度测量系统，其特征在于，所述光电倍增管的计时分辨率低于300ps，探测波长范围在200nm～1200nm。

8.根据权利要求1所述的一种基于荧光寿命测量的喷雾液滴温度测量系统，其特征在于，所述时间相关单光子计数及皮秒时间计时器最小时间分辨率低于100ps，使时间宽度低于100ns。

9.根据权利要求1所述的一种基于荧光寿命测量的喷雾液滴温度测量系统，其特征在于，所述通过荧光信号衰减曲线获取喷雾温度的方法具体包括以下步骤：

(1)获取荧光强度衰减理论值应满足I(t)＝I₀exp(-t/τ)，其中I₀为初始强度；

(2)荧光寿命计算方法的基本原理符合：

即荧光寿命可以通过获取荧光信号衰减曲线的斜率值确定；

(3)荧光信号衰减曲线通过光电倍增管和时间相关单光子计数及皮秒时间计时器将光子事件进行计数；

(4)实验测量获取的荧光信号衰减曲线需进行拟合处理以获取斜率；

(5)标定实验的具体步骤为：首先，通过恒温加热装置将含有Kiton red 640、Rhodamine 6G或Rhodamine B特定浓度溶液加热至某一固定温度，对不同固定温度的染料溶液进行上述荧光寿命的获取，最终，建立荧光寿命与温度间的标定曲线，数据显示荧光寿命与温度呈强线性相关，便可拟合出喷雾测量的标定曲线。