基于平面激光诱导荧光技术的平面测温方法与流程

本申请属于温度测量技术领域，特别涉及一种基于平面激光诱导荧光技术的平面测温方法。

背景技术：

采用传统的平面激光诱导荧光测量温度技术，其ccd或cmos相机只能与被测截面垂直。采用原有技术无法测量垂直于轴向的温度场，即无法测量垂直于气流方向的截面温度场。同时，需采用较大尺寸的耐压耐温光学材料，成本较高。

技术实现要素：

本申请的目的是提供基于平面激光诱导荧光技术的平面测温方法，以解决上述至少一方面的问题。

本申请基于平面激光诱导荧光技术的平面测温方法，包括：

将所述平面划分为若干子单元；

向所述平面发射双波长的荧光；

选取多个方向，并在任一方向上分别采集第一荧光信号及第二荧光信号，所述任一方向上的第一荧光信号及第二荧光信号均包含多个荧光光子数和值，任一荧光光子数和值为垂直于采集设备平面的直线所贯穿的一个或多个子单元荧光光子数的和；

计算所述平面各子单元的两个波长各自对应的荧光光子数；

根据所述各子单元的荧光光子数计算所述各子单元的温度。

优选的是，还包括根据各子单元的温度获得所述平面的温度场。

优选的是，所述采集设备为配像增强器的直线阵列ccd或cmos相机。

优选的是，所述ccd或cmos相机与所述平面之间设置有分光镜。

优选的是，所述ccd或cmos相机前安装有适配所述双波长的滤波片。

优选的是，采用双波长激光发射器向所述平面发射双波长的荧光。

优选的是，根据所述各子单元的荧光光子数计算所述各子单元的温度包括：

其中，ti为某第i个子单元的温度，fj1为吸收态1转动能级函数，fj2为吸收态2转动能级函数，k为波尔兹曼常数，c为常数，b1为状态1受激吸收爱因斯坦系数，b2为状态2受激吸收爱因斯坦系数，e1为波长1的激光能量，e2为波长2的激光能量，j2为波长2对应的能级量子数，j1为波长1对应的能级量子数，np2为波长2对应产生的荧光光子数，np1为波长1对应产生的荧光光子数。

优选的是，所述平面被划分为3*3网格矩阵，形成9个子单元，并选取三个方向，每个方向所采集第一荧光信号及第二荧光信号分别包含三个值，从而获得各子单元的荧光光子数。

本申请可实现垂直气流方向的平面温度场测量，能够得到平面某个区域内的温度平均值(单点值)，并且可采用较小尺寸的光学材料以提升耐压强度。

附图说明

图1是本申请基于平面激光诱导荧光技术的平面测温方法的一优选实施例的流程图。

图2是本申请采用平面划分的平面测温方法的原理图。

图3是本申请采用极坐标进行空间划分的平面测温方法的原理图。

图4是本申请一优选实施例的荧光光子数采集示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

本申请基于平面激光诱导荧光技术的平面测温方法，如图1所示，主要包括：

将所述平面划分为若干子单元；

向所述平面发射双波长的荧光；

选取多个方向，并在任一方向上分别采集第一荧光信号及第二荧光信号，所述任一方向上的第一荧光信号及第二荧光信号均包含多个荧光光子数和值，任一荧光光子数和值为垂直于采集设备平面的直线所贯穿的一个或多个子单元荧光光子数的和；

计算所述平面各子单元的两个波长各自对应的荧光光子数；

根据所述各子单元的荧光光子数计算所述各子单元的温度。

在一些可选实施方式中，还包括根据各子单元的温度获得所述平面的温度场。

采用双波长激光发射器和多个荧光信号接收器(配像增强器的直线阵列ccd或cmos相机)用于测量平面温度场，测量原理如图2所示(图2中a和b分别表示两个不同的相机用于接收不同波长的荧光，相机前有一分光镜将不同波长的荧光分别引入到相应的ccd相机中。相机前需安装适当波长的滤波片用于滤除荧光波长以外的光波)。同轴双色激光经过特定光学器件后，固定宽度的平面激光照射至被测区域。将被测空间划分成若干个子区域，可采用笛卡尔坐标进行平面划分(图2方形)，也可采用极坐标进行空间划分(图3所示，图中r为极径、θ极角)。被测截面被划分成若干小的面元，通过计算得到每个面元的荧光光子数，将荧光光子数代入下述公式即可求得面元内的温度值。

其中，ti为某第i个子单元的温度，fj1为吸收态1转动能级函数，fj2为吸收态2转动能级函数，k为波尔兹曼常数，c为常数，b1为状态1受激吸收爱因斯坦系数，b2为状态2受激吸收爱因斯坦系数，e1为波长1的激光能量，e2为波长2的激光能量，j2为波长2对应的能级量子数，j1为波长1对应的能级量子数，np2为波长2对应产生的荧光光子数，np1为波长1对应产生的荧光光子数。

假设被测区域内为平衡态。将空间划分成若干个子区域，平衡态下区域内的温度值与该区域所产生的荧光光子个数有关。由于被测区域到相机间的距离不大于1.5m，因此荧光在相机探测时间内，不同区域的荧光光子可同时到达相机内并被探测到(时间量级10-⁸s)。

在一些可选实施方式中，所述平面被划分为3*3网格矩阵，形成9个子单元，并选取三个方向，每个方向所采集第一荧光信号及第二荧光信号分别包含三个值，从而获得各子单元的荧光光子数。

如图4所示，在这里将被测截面采用3×3矩阵划分被测截面，将被测量截面分成9个面积相等的面元，这些面元呈方阵分布。图中红色代表的划分单元计算线，蓝色和红色(粗线)线表示ccd或cmos相机，浅青绿色区域为温度测量区(荧光产生测量区域)。a、b相机所感知的荧光光子数用表示。n＝1、2分别表示波长为1的激光和波长为2的激光产生的荧光光子数。下脚标表示相机感知到的矩阵元光子数之和。是ccd相机直接探测到的是已知数，求解下述矩阵方程即得矩阵元内光子数

之后，用代替前述公式中的np2及np1即可计算矩阵元内的温度值。据此得到了测量区域内的温度分布。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。