一种光学发动机缸内燃烧过程碳烟体积分数定量测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及定量测量装置领域，尤其设及一种光学发动机缸内燃烧过程碳烟体积 分数定量测量装置。
【背景技术】
[0002] 碳烟是内燃机燃烧过程中主要有害产物之一，也是城市大气雾霸污染的重要来源 之一。为了减少内燃机的碳烟排放，必须对碳烟的生成氧化机理进行深入研究，行之有效的 碳烟定量方法是深入研究的基础，因此实现内燃机燃烧过程中碳烟的定量测量有重要的理 论和实际意义。
[0003] 激光诱导巧光法由于具有无干扰、分辨率高、二维测量而受到重视，其基本原理是 利用高能脉冲激光在极短时间内（纳秒级）将火焰中的碳烟颗粒从火焰温度（约2000K) 加热到碳烟颗粒气化温度（约4000K)，高温的碳烟颗粒福射出巧光，根据黑体福射定律，在 合适的检测波长范围内，相比于加热后的碳烟颗粒，原始的火焰福射可W被忽略，巧光信号 强度可W反映碳烟浓度。
[0004] 利用激光诱导巧光法定量测量内燃机燃烧过程的碳烟体积分数需要对巧光信号 进行标定，双色法标定激光诱导巧光法是近年来提出的新的标定方法，W往该标定方法采 用单点标定，利用两个光电倍增管测量巧光区域中空间一点的碳烟体积分数，同时利用一 台ICCDQntensifiedQiargeCoupledDevice,增强电荷禪合器件）相机记录整个：]：只光区 的信号，然后将该一点的定量结果映射到整个二维巧光区域中，从而实现碳烟的二维定量 测量，由于单点标定的测点是固定的，因此比较适合稳态层流火焰中碳烟的测量，但内燃机 缸内的燃烧过程受到进气祸流和缸内端流的影响，属于非稳态端流火焰，该种静态测点的 单点标定方法难W实现有效的碳烟巧光标定过程。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种光学发动机缸内燃烧过程碳烟体积分数定量测量装置，本发明 采用双成像装置实现碳烟巧光信号多点在线标定，进而利用测量装置进行缸内燃烧过程碳 烟的高分辨率定量测量，详见下文描述；
[0006] 一种光学发动机缸内燃烧过程碳烟体积分数定量测量装置，由Nd:YAG激光器、透 镜组、光学发动机、双成像装置、标准光源、ICCD相机、图像采集系统和数字脉冲延时器组 成；所述光学发动机内设置有活塞顶石英窗口和反光镜；
[0007] 利用福射强度已知的所述标准光源对装有所述双成像装置的所述ICCD相机进行 福射强度校准，获得所述ICCD相机对发光体福射强度的敏感系数；
[000引所述Nd:YAG激光器产生高能激光，经所述透镜组整形之后形成片状激光，所述片 状激光进入所述光学发动机的燃烧室，碳烟被所述片状激光加热形成巧光信号；
[0009] 所述巧光信号穿过活塞顶石英窗口，经反光镜反射后被所述ICCD相机采集，所述 图像采集系统得到巧光信号在两个波长上的图像数据，经过图像处理得到所述片状激光穿 过碳烟切面的碳烟体积分数二维定量结果。
[0010] 所述数字脉冲延时器记录光学发动机的发动机喷油信号，并触发所述ICCD相机 和所述Nd:YAG激光器；
[0011] 所述ICCD相机拍摄时刻、所述Nd:YAG激光器触发时刻和所述光学发动机着火时 刻达到同步。
[0012] 所述双成像装置包括；450nm带通滤镜、650nm带通滤镜和反光镜组，
[0013] 发光体的自发光分别穿过所述450nm带通滤镜和所述650nm带通滤镜经所述反光 镜组反射，所述ICCD相机获得福射光在两个不同波长上的图像；
[0014] 所述图像采集系统通过计算所述ICCD相机获取的信号强度和标准灯福射强度的 比值得到所述ICCD相机对发光体福射强度的敏感系数。
[0015] 本发明提供的技术方案的有益效果是：
[0016] (1)可W实现多点标定，避免了传统单点标定过程中单点测量位置固定的不足，适 合于非稳态端流火焰碳烟测量，提高了标定过程中标定点实际位置与图像的对应精度，降 低了标定误差。
[0017] (2)可W实现在线标定，标定过程与测量过程合二为一，避免了传统标定过程与测 量过程分离的不足，从而减小了边界条件变动对标定系数的影响。
[0018] (3)相比于传统标定装置，该测量装置结构简单，去除了传统标定系统的传感器和 数据采集装置，降低了成本。
[0019] (4)该发明的测试装置操作简单，对光学发动机的结构改造要求降低。
【附图说明】
[0020] 图1是光学发动机碳烟定量测量装置示意图；
[0021] 图2是ICCD相机对发光体福射强度敏感系数的校准示意图；
[0022] 图3是双成像装置的结构和成像原理图。
[0023] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0024] 1-光学发动机； 2-透镜组；
[0025]3-Nd:YAG激光器； 4-片状激光；
[0026]5-双成像装置； 6-ICCD相机；
[0027] 7-图像采集系统； 8-数字脉冲延时器；
[002引 9-图像数据； 10-相机触发信号；
[0029] 11-发动机喷油信号； 12-激光器触发信号；
[0030] 13-活塞顶石英窗口； 14-反光镜；
[0031] 15-光信号传播方向； 16-标准光源；
[0032] 17-450nm带通滤镜； 18-650nm带通滤镜；
[003引 19-反光镜组。
【具体实施方式】
[0034] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步 地详细描述。
[0035] 一种光学发动机缸内燃烧过程碳烟体积分数定量测量装置，参见图1、图2和图3， 由Nd:YAG激光器3、透镜组2、光学发动机1、双成像装置5、标准光源16、ICCD相机6、图像 采集系统7和数字脉冲延时器8组成。光学发动机1内设置有活塞顶石英窗口 13和反光 镜14。