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      一種基于波長(zhǎng)調(diào)制-tdlas的高速氣流流速檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法_2

      文檔序號(hào):8429456閱讀:來(lái)源:國(guó)知局
      1、0 2及其 差值IU1-U2I,根據(jù)多普勒頻移測(cè)量流速原理,計(jì)算出高速氣流信息。
      [0021] 本發(fā)明工作時(shí),信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生調(diào)制和掃描兩路信號(hào),掃描信號(hào)為頻率lOOHz、峰 峰值為1. 2V的銀齒波;調(diào)制信號(hào)為頻率50曲Z、峰峰值為40mv的正弦波,調(diào)制信號(hào)和掃描 信號(hào)疊加后,送入電流驅(qū)動(dòng)電路,電流驅(qū)動(dòng)電路輸出信號(hào)接入DFB激光器,激光器輸出波長(zhǎng) 根據(jù)調(diào)制和掃描信號(hào)進(jìn)行變化,激光器輸出信號(hào)通過(guò)兩等分功率光分束器,接入到位于高 速氣流裝置實(shí)驗(yàn)段的兩路準(zhǔn)直器中,準(zhǔn)直器光路在觀察窗口側(cè)與氣流成一定夾角,準(zhǔn)直器 輸出的激光束透過(guò)氣流進(jìn)入探測(cè)器,探測(cè)器接收到吸收光譜信號(hào)后輸出到放大電路,放大 電路對(duì)探測(cè)器輸出的電壓信號(hào)放大到合適的觀察范圍,再利用數(shù)據(jù)采集卡對(duì)放大器輸出信 號(hào)進(jìn)行采集,采集的數(shù)據(jù)信號(hào)送到上位機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行在線處理或者后續(xù)離線處理。
      [0022] 所述數(shù)據(jù)處理的軟件分為前面板界面和后臺(tái)程序。
      [0023] 本發(fā)明所述波長(zhǎng)調(diào)制原理為:
      [0024] 當(dāng)一束強(qiáng)度為I。,頻率為V的激光,通過(guò)光程為L(zhǎng)的氣體池,輸出光強(qiáng)I與I。關(guān) 系為:
      [002引 I(W) = 10 (W)exp(- 0 (W)LN) (1)
      [0026] 式中0 (W)為吸收系數(shù),L為吸收光程長(zhǎng)度,N為吸收氣體的濃度。
      [0027] 當(dāng)激光器的中屯、頻率受到頻率為《m的正弦波調(diào)制時(shí),其瞬時(shí)頻率可表示為;
      [002引 0 = 0L+5 ?COS(?mt) (2)
      [0029] 式中5 ?是調(diào)制幅度。激光束通過(guò)樣吸收池后,其強(qiáng)度可W用的余弦傅 里葉級(jí)數(shù)來(lái)表示:
      [0030]
      【主權(quán)項(xiàng)】
      1. 一種基于波長(zhǎng)調(diào)制-TDLAS的高速氣流流速檢測(cè)系統(tǒng),包括有激光器模塊、高速氣流 模塊、信號(hào)采集和數(shù)據(jù)處理模塊以及上位機(jī),其特征在于:所述激光器模塊包括激光器、激 光器驅(qū)動(dòng)電路、控制激光器驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)調(diào)制和掃描電路、加法電路;還包括設(shè)置在激光 器輸出激光光路上的分束器、兩路準(zhǔn)直器;所述信號(hào)采集和數(shù)據(jù)處理模塊包括位于準(zhǔn)直器 焦點(diǎn)上的探測(cè)器、依次連接探測(cè)器的放大電路、信號(hào)采集電路和數(shù)據(jù)處理模塊,還包括信號(hào) 采集控制模塊;所述信號(hào)調(diào)制和掃描電路、激光器驅(qū)動(dòng)電路以及信號(hào)采集電路連接信號(hào)采 集控制模塊;所述數(shù)據(jù)處理模塊位于上位機(jī)軟件內(nèi);所述信號(hào)調(diào)制和掃描電路的輸出信號(hào) 經(jīng)加法電路處理后作用到激光器驅(qū)動(dòng)電路上,激光器驅(qū)動(dòng)電路控制激光器輸出激光,激光 器輸出激光經(jīng)分束器和兩路準(zhǔn)直器器后,位于高速氣流流速方向的同一側(cè),一路順著高速 氣流流速方向,一路逆著高速氣流流速方向穿過(guò)氣流,均和高速氣流流速不成90°夾角,之 后被信號(hào)采集和數(shù)據(jù)處理模塊接收,信號(hào)采集和數(shù)據(jù)處理模塊接收并處理通過(guò)高速氣流得 到的高速氣流吸收光譜二次諧波信號(hào),得到高速氣流信息。
      2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波長(zhǎng)調(diào)制-TDLAS的高速氣流流速檢測(cè)系統(tǒng),其特征在 于:還包括連接信號(hào)采集電路的標(biāo)準(zhǔn)具,對(duì)激光器掃描波長(zhǎng)進(jìn)行標(biāo)定。
      3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波長(zhǎng)調(diào)制-TDLAS的高速氣流流速檢測(cè)系統(tǒng),其特征在 于:所述信號(hào)調(diào)制和掃描電路包括函數(shù)信號(hào)發(fā)生器,用于向加法電路輸出選定頻率、幅值、 相位的正弦波調(diào)制信號(hào)和鋸齒波掃描信號(hào);所述激光器驅(qū)動(dòng)電路包括溫度控制電路和電流 驅(qū)動(dòng)電路,采用ITC102激光器驅(qū)動(dòng)器,該激光驅(qū)動(dòng)器利用加法電路輸出信號(hào)控制激光器的 輸出激光波長(zhǎng)與頻率,所述激光器為Nanoplus公司的DFB激光器,其輸出激光為探測(cè)氧氣 用的波長(zhǎng)761nm激光,或探測(cè)水汽用的波長(zhǎng)1392nm激光。
      4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波長(zhǎng)調(diào)制-TDLAS的高速氣流流速檢測(cè)系統(tǒng),其特征在 于:所述高速氣流模塊為超音速風(fēng)洞,所述超音速風(fēng)洞的試驗(yàn)段設(shè)置有一個(gè)觀測(cè)窗口,所述 觀測(cè)窗口的兩側(cè)分別放置有準(zhǔn)直器和探測(cè)器。
      5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波長(zhǎng)調(diào)制-TDLAS的高速氣流流速檢測(cè)系統(tǒng),其特征在 于:所述的分束器為兩等分功率光分束器。
      6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波長(zhǎng)調(diào)制-TDLAS的高速氣流流速檢測(cè)系統(tǒng),其特征在 于:所述的信號(hào)采集電路采用德國(guó)Spectrum公司M2i. 4021采集卡,該采集卡為12位位寬, 最高采用速率20Msps。
      7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波長(zhǎng)調(diào)制-TDLAS的高速氣流流速系統(tǒng),其特征在于:所 述信號(hào)采集和數(shù)據(jù)處理模塊接收并處理高速氣流吸收光譜的二次諧波信號(hào)的工作流程如 下: (1) 信號(hào)采集模塊采集探測(cè)器探測(cè)到的兩路高速氣流的吸收光譜信號(hào),一路為待測(cè)信 號(hào),一路為參考信號(hào),在上位機(jī)控制模塊中設(shè)置信號(hào)采集模塊的基本參數(shù); (2) 數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)采集的高速氣流的吸收光譜二次諧波信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和并結(jié)合數(shù) 字鎖相算法提取二次諧波信號(hào),首先對(duì)采集的待測(cè)信號(hào)進(jìn)行累加平均、小波濾波處理等去 噪處理,再利用數(shù)字鎖相算法提取二次諧波信號(hào),數(shù)據(jù)采集控制模塊中設(shè)置參考信號(hào)頻率, 幅值,初始相位,數(shù)字濾波器的參數(shù)。 (3) 采用最小二乘擬合對(duì)提取得到二次諧波信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合; (4) 高速氣流流速信息反演:計(jì)算擬合后的兩路二次諧波的中心頻率u p u 2及其差值 U r u 21,根據(jù)多普勒頻移測(cè)量流速原理,計(jì)算出高速氣流信息。
      【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于波長(zhǎng)調(diào)制-TDLAS的高速氣流流速檢測(cè)系統(tǒng),包括激光器模塊、高速氣流模塊、信號(hào)采集和數(shù)據(jù)處理模塊以及上位機(jī),激光器模塊發(fā)射的兩路激光位于高速氣流流速方向的同一側(cè),一路順著高速氣流流速方向,一路逆著高速氣流流速方向,均和高速氣流流速不成90°夾角,位于高速氣流后方的信號(hào)采集和數(shù)據(jù)處理模塊接收并處理高速氣流的吸收光譜二次諧波信號(hào),得到高速氣流信息。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高,能消除背景信號(hào)、激光強(qiáng)度波動(dòng)和光電放大系數(shù)等因素的影響,解決了目前高速氣流中測(cè)量需要直接接觸氣體源導(dǎo)致氣流受到干擾的難題,能夠用于高溫、高流速、振動(dòng)等惡劣環(huán)境的檢測(cè),從而拓寬了WMS技術(shù)的應(yīng)用范圍。
      【IPC分類(lèi)】G01P5-26
      【公開(kāi)號(hào)】CN104749396
      【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510133415
      【發(fā)明人】劉文清, 賈良權(quán), 闞瑞峰, 劉建國(guó), 姚路, 阮俊, 許振宇, 魏敏, 張光樂(lè)
      【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所
      【公開(kāi)日】2015年7月1日
      【申請(qǐng)日】2015年3月25日
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