一种同时测量hf转动温度和振动能级粒子数分布的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种HF化学激光器的测量诊断技术，具体的说是一种同时测量HF转 动温度和振动能级粒子数分布的方法。利用傅里叶变换红外光谱仪测量得到的HF基频跃 迁辐射光谱，可以用于监测HF分子的转动温度T以及v=l，2, 3等振动激发态的粒子数分布 情况，从而监控HF化学激光器的运转性能。
【背景技术】
[0002] 自从1964年第一台化学激光器问世以来，化学激光器的发展堪称突飞猛进，速度 惊人，其中尤以HF化学激光器的发展最为成熟，连续波输出功率高达丽级别的美国Alpha HF化学激光器曾一度是激光武器的代名词。
[0003] HF化学激光器的主要运行原理如下：
[0004] (1)含F化合物在燃烧室中热解产生F原子，也可能会有少量F2分子，另外，在通 过喷嘴的过程中F原子也可能复合产生F 2分子；
[0005] (2)从喷嘴中出来的F原子与加入的H2分子发生反应，产生振动激发态的HF分子 (用HF(v)表示)，F+H 2 - HF(v)+H，此反应的放热量较小（31. 5kcal/mol)，被称为冷反应，产 物HF分子的振动量子数最高可以到v=3;
[0006] (3)产生的H原子又会与F2分子发生冷反应，产生振动激发态的HF分子(用HF (V) 表示)，H+F2 - HF (V) +F，此反应的发热量很大（98. Okcal/mol )，被称为热反应，产物HF分子 的振动量子数最高可以到v=10;
[0007] (4)根据爱因斯坦受激辐射原理，振动激发态分子HF(v)在光腔中发生谐振，产生 激光。
[0008] 为了深入了解HF化学激光器的运行状况，有必要对气体流速、光腔压力、光腔温 度、HF各振动态的粒子数分布等运行参数进行测量诊断。由于HF化学激光一般都在超音 速条件下运转，因此常规的侵入式温度测量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。光学方法由于具有非侵入性的特点，所以最为适合这种测量场合。
[0009] 另外，一般温度测量或粒子数分布测量都是单独进行的，很少将二者结合起来，这 样会造成需要多次重复试验的现象，这不但会造成物质材料的浪费，还会造成宝贵试验时 间的浪费。
[0010] 本发明正是在这样的背景下，充分考虑到HF各辐射谱带的特性而设计的一种测 量同时测量HF转动温度和振动能级粒子数分布的技术。该技术的基本原理如下：
[0011] Iv, j_hc w v； jAv； jNv； j (1)
[0012] 不同振转跃迁辐射的强度可以用公式（1)表示，其中h为Planck常数，c为光速， u为跃迁波数，Ay为爱因斯坦自发辐射系数，Ny为振转态（v，J)的粒子数密度。
[0013]
【主权项】
1. 一种同时测量HF转动温度和振动能级粒子数分布的方法，其特征在于：该方法包括 以下步骤： (1) HF基频辐射光谱的测量和处理； (2) 对（1-0)的R支数据作图得到一条直线，利用直线的斜率得到HF分子的转动温度； (3) 对1-0, 2-1，3-2三个振动谱带的P支数据作图得到三条直线，利用不同直线的截距 得到HF分子v=l, 2, 3等振动能级的粒子数分布情况。
2. 按照权利要求1所述的一种同时测量HF转动温度和振动能级粒子数分布的方法，其 特征在于： 所述步骤（1)中，利用傅里叶变换红外光谱仪进行HF基频辐射光谱测量，测得HF振动 激发态分子的自发辐射荧光光谱，主要是v=l，2, 3等振动态的基频辐射跃迁，产生的光谱 谱带包括1-0, 2-1，3-2。
3. 按照权利要求2所述的一种同时测量HF转动温度和振动能级粒子数分布的方法，其 特征在于： 对所得的光谱图进行数据处理的具体步骤包括： (1)读取各振动谱带的R支和P支谱线强度;
数，Av，T为爱因斯坦自发辐射系数，gv，T为上能级简并度；
EV，T为转动能级。
4. 按照权利要求1所述的一种同时测量HF转动温度和振动能级粒子数分布的方法，其 特征在于： 得到HF分子转动温度的步骤为，对1-0振动谱带的R支转动谱线进行处理，以量hcFu/k对量Ln(I/wag)作图，剔除RO和Rl两个数据点，对剩下的数据点进行直线拟合，得到的斜 率的负值就是转动温度T。
5. 按照权利要求1所述的一种同时测量HF转动温度和振动能级粒子数分布的方法，其 特征在于： 得到HF分子v=l，2, 3等振动能级的粒子数分布情况的步骤为，对1-0、2-1、3-2三个振 动谱带的P支数据进行处理后，以量Ln(I/wag)对量hcFu/k作图，得到三条直线，剔除显著 不符合规律的数据点，对剩下的数据点分别进行直线拟合，则根据每两条直线的截距差值 就获知它们对应的振动能级的粒子数之比。
【专利摘要】本发明涉及一种同时测量HF转动温度和振动能级粒子数分布的方法，它基于自发辐射荧光光谱技术，是一种利用直线作图法同时测量HF分子转动温度和振动能级粒子数分布的新方法。本发明主要应用于HF化学激光测试诊断技术领域，可以同时测量转动温度和振动粒子数分布，只需要将HF基频自发辐射荧光光谱各个振转谱带的P支谱线强度进行简单的处理之后作图即可，具有简单方便、直观准确、非侵入性等特点。利用本发明，可以实现HF化学激光器中转动温度和振动激发态各个能级粒子数分布的同时快速测量。
【IPC分类】G01J3-28, G01K13-00, G01K11-30
【公开号】CN104713645
【申请号】CN201310687358
【发明人】李留成, 多丽萍, 金玉奇, 唐书凯, 李国富, 王元虎, 于海军, 汪健, 王增强, 曹靖
【申请人】中国科学院大连化学物理研究所
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月13日