基于hf第一泛频发射光谱的温度测量方法
【专利摘要】基于HF第一泛频发射光谱的温度测量方法。本发明属于温度测量【技术领域】。本发明的目的是为了解决HF化学激光器超音速流场的温度测量问题，而提出的一种基于HF第一泛频发射光谱的温度测量方法。该方法用近红外光谱仪对HF第一泛频发射光谱信号进行测量，然后用HF第一泛频发射光谱的振-转强度分布公式对所得数据进行数值拟合，从而计算出测量体系的温度。该方法可应用于HF化学激光流场的不同位置（喷管出口、光腔以及光腔下游）和不同阶段（无激光输出和有激光输出）的温度分布测试，并可以推广到产生高振动态HF（V≥2）的其他体系。该方法具有简单、精度高、稳定性好和不干扰测试本体的特点。
【专利说明】基于HF第一泛频发射光谱的温度测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于HF化学激光器超音速流场的温度测量【技术领域】，用于HF化学激光体系和含有HF高振动态(振动能级V > 2)的其他体系的温度测量。
【背景技术】
[0002]HF化学激光是目前最成功的两大化学激光之一。HF化学激光的受激辐射发生在HF分子的振-转激发态上，主流的燃烧驱动HF化学激光采用燃烧法热解产生F原子，生成的F原子经超音速喷管降温和加速后与H2反应生成振动激发态的HF分子(V=l-3)，通常在V=I和2的一些转动能级上产生粒子数反转。选择适当的耦合输出腔镜，即可实现V=I — O和V=2 — I的多谱线基频HF激光输出，有时也有很少的V=3 — 2激射输出，输出波长在
2.6um_3.0um 之间。
[0003]在四十多年的发展历程中，HF化学激光的研究方向主要集中在功率的不断提高和规模的不断放大上，而对HF化学激光的全方位、深入的了解远远不够。由于追求装置放大的工程化和测试，过去二十几年内在实验上和理论上都忽略了详细的态-态动力学研究，1982年后HF化学激光的化学动力学数据没有明显的改变，而这些化学动力学数据对于研究HF化学激光是远远不够的，测试诊断技术也没有较大的进展。
[0004]HF化学激光的小型化和实用化需要激光器总体性能的进一步提高，这就需要对其内部机理进行更加深入的了解，并结合CFD软件的模拟计算进行不断的优化设计。从模拟计算的角度看，HF各振动能级的生成和猝灭过程的速率常数与温度密切相关；从实验研究的角度看，燃烧驱动HF化学激光涉及到燃烧室的高温过程(大约1000-2000K)、超音速喷管出口的低温区(低于常温)、以及由于H2加入后与F原子反应的强放热过程和超音速区下游由于马赫数降低的温度回升过程，所以流场温度分布极其复杂。加H2下游流场温度与HF振动激发态的生成和猝灭，以及振动态内部的转动分布直接相关，所以不论是模拟计算、实验研究还是计算结果与实验结果的印证，加H2下游流场温度分布都是深入研究HF化学激光的一个重要参数。
[0005]HF化学激光通常在超音速条件下运转，常规的介入式温度测试方法对超音速流场有严重的影响，不适合HF化学激光流场的温度测试。国防科大在吸收法测HF/DF化学激光流场温度方面进行了尝试，由于吸收截面较低、自发辐射背景强等原因，吸收法不仅需要特殊的激光光源，同时还需要目标粒子有足够大的吸收截面才有可能实现；利用单线吸收线宽计算温度，其精度也不会太高。通过大量查阅国内外文献，没有发现其他简单有效的HF化学激光温度测试方法。本发明基于HF第一泛频发射光谱的强度分布,建立一种准确和简便的HF化学激光流场温度测试方法，可以用于HF化学激光体系和含有HF振动态(振动能级V > 2)的其他体系的温度测量。
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种基于HF第一泛频发射光谱的温度测量方法，用于解决HF化学激光器超音速流场的温度测量问题。
[0007]本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:一种基于HF第一泛频发射光谱的温度测量方法，对HF第一泛频发射光谱信号进行测量，得到HF第一泛频发射光谱的振-转强度分布数据；对该分布数据进行数值拟合，得到温度数据。
[0008]所述HF第一泛频发射光谱的振-转强度分布公式为
【权利要求】
1.一种基于HF第一泛频发射光谱的温度测量方法，其特征在于，对HF第一泛频发射光谱信号进行测量，得到HF第一泛频发射光谱的振-转强度分布数据；对该分布数据进行数值拟合，得到温度数据。
2.根据权利要求1所述的基于HF第一泛频发射光谱的温度测量方法，其特征在于，所述HF第一泛频发射光谱的振-转强度分布公式为
3.根据权利要求2所述的基于HF第一泛频发射光谱的温度测量方法，其特征在于，所述近红外光线的收集传输系统对波长的响应系数b的确定方法为:在没有近红外光线的收集传输系统时，用近红外光谱仪测得红外连续光源的光谱强度分布数据I1U);用近红外光谱仪对通过近红外光线的收集传输系统的红外连续光源进行测量，得到光谱强度分布数据I2 (λ)，通过公式b = I2 ( λ )/I1 ( λ )计算近红外光线的收集传输系统对波长的响应系数b0
4.根据权利要求2所述的基于HF第一泛频发射光谱的温度测量方法，其特征在于，所述近红外光谱仪探头对波长的响应系数c通过查找该近红外光谱仪的使用手册得到。
5.根据权利要求1所述的基于HF第一泛频发射光谱的温度测量方法，其特征在于，所述数值拟合通过数据拟合软件计算拟合结果。
6.根据权利要求1所述的基于HF第一泛频发射光谱的温度测量方法，其特征在于，所述HF第一泛频发射光谱信号为HF化学激光分离出强激光后剩余的弱自发辐射信号。
【文档编号】G01K11/00GK103592052SQ201210295371
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年8月17日 优先权日:2012年8月17日
【发明者】唐书凯, 多丽萍, 李留成, 于海军, 金玉奇, 桑凤亭 申请人:中国科学院大连化学物理研究所