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利用TDLAS技术研究燃烧场中温度与气体浓度的二维层析重建
摘要： 基于可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS），采用代数重建技术（ART）实现了气体浓度和温度的二维分布重构。通过研究光束分布与网格尺寸对燃烧场重构的影响，在有限光束数量下获得了最优重构结果。实验表明：在有限光路条件下，仅当激光光束路径垂直且平行于燃烧场对称轴时才能获得更优的空间分辨率。此外，在室温条件下分别采用单/双平面火焰燃烧场，开展了16条光路、不同燃料-空气当量比下的实验验证。实验结果与仿真结果一致，时间分辨率低于1秒。
关键词： 断层成像、二极管激光器、温度、光谱学、燃烧诊断、吸收
更新于2025-09-23 15:23:52
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基于漫反射的单端激光吸收传感器用于煤油燃料燃烧室中H2O的温度和浓度测量
摘要： 本文介绍了一种基于漫反射壁面信号的小型单端激光吸收传感器的设计、优化及验证方法，用于煤油燃料航空燃烧室内的温度与H2O浓度测量。此类严苛实际燃烧环境中的激光测量面临光束偏转强、信噪比低及光学通路受限等挑战。我们详细阐述了采用离轴抛物面镜（带孔径）作为收发光学元件、燃烧室积碳壁面作为漫反射体的单端光学构型特性与优化流程。使用1.4微米近红外分布反馈式二极管激光器（1kHz扫描频率进行直接吸收检测），通过探测两条H2O吸收谱线实现浓度与温度测量。结合光学系统设计与自适应Savitzky-Golay信号处理算法抑制噪声并提升信噪比。该传感器在煤油燃料旋流燃烧室的实际工况下完成验证：尽管反射激光强度仅约50微瓦，仍获得高保真信号，实现单次扫描H2O浓度检测限122 ppm·m·Hz^-1/2。原位时域测量显示当全局当量比在0.2至0.45变化时，温度范围约1100-1300K，H2O浓度约8%-12%。结果呈现预期趋势，且相比对比热电偶展现出更快的响应速度与更小的延迟。该现场验证直接证明了基于漫反射的单端传感器系统在发动机燃烧室环境中的鲁棒性与可靠性。
关键词： 单端、湍流环境、燃烧诊断、激光吸收传感、煤油燃料燃烧室
更新于2025-09-23 15:19:57
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快递：用于当量比测量的时间门控单次脉冲皮秒激光诱导击穿光谱（ps-LIBS）技术
摘要： 我们展示了采用时间门控皮秒激光诱导击穿光谱（ps-LIBS）测定常压绝热甲烷-空气火焰局部当量比的方法。传统用于当量比测量的纳秒（ns）激光脉冲会产生过量连续谱，降低测量准确度与精密度。更短的脉冲持续时间通过限制雪崩电离来减少连续谱发射。此外，与飞秒激光相比，皮秒激光激发的等离子体发射具有较高信噪比（S/N），适用于湍流反应流中当量比测定的单次测量。我们分析了等离子体发射比Hα（656 nm）/NII（568 nm）与激光能量及延迟时间的依赖关系，以优化信噪比并最小化当量比测量不确定度。研究发现，在保持高信噪比的同时，提高激光能量并缩短延迟时间可降低测量不确定度。除常压火焰研究外，我们还检验了高压氮气腔室中ps-LIBS信号的稳定性。结果表明，在升压环境（最高40巴）下使用较低激发能量时，等离子体发射与空间位置可实现单次激发的稳定性。本研究表明，皮秒脉冲在改善常压及高压燃烧环境中基于LIBS的当量比测量方面具有应用潜力。
关键词： 时间分辨光谱学、燃烧诊断、激光诱导击穿光谱、皮秒现象、激光诱导击穿光谱（LIBS）
更新于2025-09-19 17:13:59
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面向可调谐二极管激光吸收光谱层析成像的定制化空间分辨率与休·麦卡恩
摘要： 可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）层析成像技术已广泛应用于燃烧过程中气体参数的时空解析。工业应用对层析图像空间分辨率的要求因目标区域尺寸和微小特征检测需求而异。本研究基于优化的光束排布方案，提出了一种在TDLAS层析系统设计中定制空间分辨率的方法。据我们所知，该方案首次量化了成像空间样本数量（包括角度维度和线性维度）变化对空间分辨率的影响。更重要的是，该方案可用于确定实现预期空间分辨率的最优光学布局。系统复杂度的降低将使传感器能在实际燃烧器中可靠安装。最后，我们基于先前从汽车发动机获取的实验数据，将该方案应用于案例研究。
关键词： 可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）、空间分辨率、燃烧诊断、层析成像、光束排布
更新于2025-09-11 14:15:04