一种气体温度测量装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种气体介质中分子扩散系数的测量装置和方法，包括标记激光器、显示激光器、ICCD相机和延迟发生器；标记激光器的输出激光经整形为标记线状激光束，显示激光器的输出光束经整形为片状显示激光束，标记线状激光束处于片状显示激光束的所在的平面内，片状显示激光束处于待测气体介质中，ICCD相机正对片状显示激光束成像；延迟发生器的三路延时输出端分别接标记激光器、显示激光器和ICCD相机。本发明提出了一种新的测温原理测量气体温度，利用该方法测量气体温度能够在观测气体扩散过程的同时获得气体的温度信息，而且可以与其他温度测量方法联合，达到相互验证的目的。
【专利说明】一种气体温度测量装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于温度测量【技术领域】，尤其是基于光学的非接触式气体温度测量【技术领域】，涉及一种气体温度测量装置及方法。
【背景技术】
[0002]温度是表征物体冷热程度的物理量，是国际单位制中七个基本物理量之一，它与人类生活、工农业生产和科学研究有着密切关系。随着人类社会的不断进步和科学技术水平的不断提高，温度测量技术也得到了不断的发展。
[0003]温度测量方法有很多，根据测量时传感器与被测对象的接触方式不同可以划分为接触式和非接触式测温两大类。
[0004]接触式测温方法，根据测温原理的不同可分为:I)膨胀式温度测量，如玻璃液体温度计；2)电量式温度测量，如热电偶；3)接触式光电/热色温度测量，如光纤测温计等。接触测温法在测量时需要与被测物体或介质充分接触，测量的是被测对象和传感器的平衡温度，测量的时间/空间分辨率较低。接触测量方法的测量过程不仅会对被测介质有一定的干扰，还必须保证传感器不与被测介质有化学反应，另外大多数接触式测量方法存在导热误差、辐射误差等影响。
[0005]非接触式测温方法，根据测温原理不同可分为:1)辐射式温度测量，如热像仪；2)光谱法温度测量，如瑞利、拉曼散射温度测量；3)激光干涉测温，如激光全息照相法温度测量；4)声波、微波法温度测量，如微波衰减法温度测量。
[0006]综上所述，目前温度的测量方法多种多样，每种测量方法都有各自的优点和缺点，实际测量过程中需要根据测量对象、测量环境等实际条件选择合适的温度测量方法。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是:建立一种新的非接触式气体温度测量方法，利用该方法可以测量气体的温度参数。
[0008]本发明的技术方案如下:
[0009]一种气体温度的测量装置，包括标记激光器、显示激光器、ICXD相机和延迟发生器；标记激光器的输出激光经整形为标记线状激光束，所述显示激光器的输出光束经整形为片状显示激光束，所述的标记线状激光束处于片状显示激光束的所在的平面内，所述的片状显示激光束处于待测气体介质中，所述的IC⑶相机正对片状显示激光束成像；
[0010]所述的延迟发生器的三路延时输出端分别接标记激光器、显示激光器和ICXD相机。
[0011 ] 上述气体温度的测量装置中，标记激光器是可将H2O解离为OH并进行标记的激光器。
[0012]上述气体温度的测量装置中，标记激光器为输出波长193nm的ArF准分子激光器。
[0013]上述气体温度的测量装置中，显示激光器为能被羟基共振吸收并产生荧光的激光器.[0014]上述气体温度的测量装置中，显示激光器为输出波长282nm的可调谐染料激光器。
[0015]上述气体温度的测量装置中，IC⑶相机窗口前安装有滤光片，所述的滤光片对显示激光所激射的荧光波长高透射，对其他波长吸收或反射。
[0016]上述气体温度的测量装置中，滤光片6中心波长为310nm，半高宽为20nm。
[0017]一种气体温度的测量方法，包括以下步骤:
[0018][I]确定作为温度测量媒介的光解离分子A，并使其保持合适的浓度；
[0019][2]标定得到气体的温度T和A分子扩散系数的关系；
[0020][3]测量得到未知温度气体介质中标记分子的扩散系数；
[0021][4]由[3]的扩散系数值，根据[8.2]的气体的温度T和A分子扩散系数曲线，计算出被测量气体介质的温度值。
[0022]其中[2]包括以下步骤:
[0023][2.1]采用标准的温度测量仪器测量得到气体温度值T ；
[0024][2.2]设置延迟发生器的延时时间，使ICXD相机曝光时间与标记激光器、显示激光器同步输出，用相机拍摄初始时刻标记激光被气体共振吸收产生的荧光图像，计算初始时刻标记分子空间分布曲线的半高宽Cltl ；
[0025][2.3]调节延迟发生器参数，保持ICXD相机的曝光时间与显示激光同步，调节数字脉冲延迟发生器，将标记激光与显示激光之间的延时调节至预设时间t，用相机拍摄标记激光被气体共振吸收产生的的荧光图像，计算经过时间t后标记分子空间分布曲线的半高宽dt ；
[0026][2.4]将扩散时间t、dQ和dt代入
【权利要求】
1.一种气体温度的测量装置，其特征在于:包括标记激光器(I)、显示激光器(7)、ICCD相机(10)和延迟发生器⑶； 所述的标记激光器(I)的输出激光经整形为标记线状激光束(3)，所述显示激光器(7)的输出光束经整形为片状显示激光束(5)，所述的标记线状激光束(3)处于片状显示激光束(5)的所在的平面内，所述的片状显示激光束(5)处于待测气体介质(4)中，所述的ICCD相机(10)正对片状显示激光束(5)成像； 所述的延迟发生器的三路延时输出端分别接标记激光器(I)、显示激光器(7)和ICCD相机(10)。
2.根据权利要求1所述的气体温度的测量装置，其特征在于:所述的标记激光器(I)是可将H2O解离为OH并进行标记的激光器。
3.根据权利要求2所述的气体温度的测量装置，其特征在于:所述的标记激光器(7)为输出波长193nm的ArF准分子激光器。
4.根据权利要求1所述的气体温度的测量装置，其特征在于:所述的显示激光器(12)为能被羟基共振吸收并产生荧光的激光器。
5.根据权利要求4所述的气体温度的测量装置，其特征在于:所述显示激光器(12)为输出波长282nm的可调谐染料激光器。
6.根据权利要求5所述的气体温度的测量装置，其特征在于:所述的IC⑶相机(15)窗口前安装有滤光片，所述的滤光片(14)对显示激光所激射的荧光波长高透射，对其他波长吸收或反射。
7.根据权利要求6所述的气体温度的测量装置，其特征在于:所述滤光片6中心波长为310nm,半高宽为20nm。
8.利用权利要求1所述的气体温度的测量装置进行气体温度测量的方法，其特征在于，包括以下步骤: [8.1]确定作为温度测量媒介的光解离分子A，并使其保持合适的浓度； [8.2]标定得到气体的温度T和A分子扩散系数的关系； [8.3]测量得到未知温度气体介质中标记分子的扩散系数； [8.4]由[8.3]的扩散系数值，根据[8.2]的气体的温度T和A分子扩散系数曲线，计算出被测量气体介质的温度值。 其中[8.2]包括以下步骤: [8.2.1]采用标准的温度测量仪器测量得到气体温度值T ; [8.2.2]设置延迟发生器的延时时间，使ICXD相机曝光时间与标记激光器、显示激光器同步输出，用相机拍摄初始时刻标记激光被气体共振吸收产生的荧光图像，计算初始时刻标记分子空间分布曲线的半高宽Cltl ； [8.2.3]调节延迟发生器参数，保持ICCD相机的曝光时间与显示激光同步，调节数字脉冲延迟发生器，将标记激光与显示激光之间的延时调节至预设时间t，用相机拍摄标记激光被气体共振吸收产生的的荧光图像，计算经过时间t后标记分子空间分布曲线的半高宽dt ； [8.2.4]将扩散时间t、dQ和dt代入
9.根据权利要求8所述的气体温度的测量方法，其特征在于:所述的标记分子为水蒸气。
10.根据权利要求8所述的气体温度的测量方法，其特征在于:所述的标记分子的体积浓度为0.1% -2%。
【文档编号】G01K13/02GK103926022SQ201410171518
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】张振荣, 胡志云, 叶景峰, 李国华, 瞿谱波, 王晟, 赵新艳 申请人:西北核技术研究所