一種光學(xué)發(fā)動機缸內(nèi)燃燒過程中多組分同時測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測量裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種光學(xué)發(fā)動機缸內(nèi)燃燒過程中多組分同時測量裝置，特別是光學(xué)發(fā)動機缸內(nèi)燃燒過程多環(huán)芳香烴、碳煙和羥基同時測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]碳煙是內(nèi)燃機燃燒過程中的有害排放產(chǎn)物之一，是大氣污染的重要來源，為了減少內(nèi)燃機的碳煙排放，需要對碳煙的生成氧化機理進行深入研宄，研宄表明，多環(huán)芳香烴作為碳煙的前驅(qū)物，可以看作是碳煙生成的源頭，羥基作為燃油高溫燃燒的標(biāo)志，是碳煙氧化過程的重要自由基，因此，實現(xiàn)多環(huán)芳香烴、碳煙和羥基等基于時間和空間的測量可以全面記錄碳煙的生成和氧化歷程，對碳煙生成機理及演化過程研宄、進而為尋找有效的控制方法有重要理論意義及實用價值。
[0003]激光誘導(dǎo)熒光法和激光誘導(dǎo)熾光法由于具有無干擾、分辨率高、二維測量等優(yōu)點而受到重視。目前，絕大多數(shù)只能對多環(huán)芳香烴、碳煙和羥基等產(chǎn)物分別單獨進行測量，但內(nèi)燃機的燃燒過程屬于非穩(wěn)態(tài)湍流燃燒，同一工況下不同的發(fā)動機循環(huán)存在循環(huán)波動，因此針對發(fā)動機某一工況下分別測量這三種燃燒產(chǎn)物的空間分布后再研宄這幾種產(chǎn)物的空間分布規(guī)律存在較大困難，難以區(qū)分出三種物質(zhì)在燃燒過程中在空間分布上的相互關(guān)系，不利于對碳煙生成機理的深入認(rèn)識。
[0004]為了便于研宄多環(huán)芳香烴、碳煙和羥基這三種燃燒產(chǎn)物在空間分布上的相互關(guān)系，有必要對三種燃燒產(chǎn)物進行同時測量，即同時采用三束探測激光同時測量缸內(nèi)燃燒過程中同一平面上多環(huán)芳香烴、碳煙和羥基的空間分布情況，然后利用三臺相機配合不同濾鏡分別采集這三種中間產(chǎn)物的熒光信號或熾光信號。為了產(chǎn)生能三束探測激光并避免熾光和熒光信號之間的相互影響，需要三臺Nd: YAG激光器和一臺染料激光器來產(chǎn)生所需的三束探測激光，這極大的增加的測量裝置的操作難度和成本，限制了這種多組分同時測量方法的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對上述問題，提供了一種光學(xué)發(fā)動機缸內(nèi)燃燒過程中多組分同時測量裝置，本發(fā)明只需采用一臺Nd:YAG激光器和一臺染料激光器，就可實現(xiàn)多環(huán)芳香烴、碳煙和羥基的同時測量，大大降低了裝置的成本和操作難度。詳見下文描述:
[0006]一種光學(xué)發(fā)動機缸內(nèi)燃燒過程中多組分同時測量裝置，包括:Nd:YAG激光器、倍頻晶體組、染料激光器、激光反光鏡組、光學(xué)發(fā)動機、ICCD相機組、濾鏡組和采集電腦組，
[0007]所述Nd:YAG激光器、所述染料激光器配合所述倍頻晶體組和所述激光反光鏡組產(chǎn)生266nm、283nm和1064nm三束探測激光；
[0008]調(diào)整所述倍頻晶體組的角度實現(xiàn)三束探測激光的能量分配，三束探測激光激發(fā)多環(huán)芳香烴熒光、羥基熒光和碳煙熾光；
[0009]所述分光鏡組、所述濾鏡組、所述ICXD相機組以及所述采集電腦組用于對環(huán)芳香烴熒光、羥基熒光和碳煙熾光信號的采集；
[0010]通過激光誘導(dǎo)熒光法和激光誘導(dǎo)熾光法定性測量所述光學(xué)發(fā)動機缸內(nèi)多環(huán)芳香烴、羥基和碳煙的濃度。
[0011]其中，所述測量裝置還包括:透鏡組，
[0012]所述透鏡組用于對266nm、283nm和1064nm三束探測激光進行整形，形成片狀激光。
[0013]其中，所述測量裝置還包括:激光延時器，所述激光延時器用于對1064nm激光的延時。
[0014]其中，所述激光延時器包括:三角形截面激光反光鏡和平行四邊形截面激光反光鏡，
[0015]所述三角形截面激光反光鏡和所述平行四邊形截面激光反光鏡布置在圓柱體支架內(nèi)；
[0016]所述平行四邊形截面激光反光鏡用于入射激光和出射激光的反射，所述三角形截面激光反光鏡用于增加激光光程。
[0017]本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是:
[0018](I)只需要一臺Nd:YAG激光器和一臺染料激光器就可實現(xiàn)三組分同時測量，極大的降低了測量裝置的成本。
[0019](2)采用激光延時器，能有效避免碳煙熾光信號對熒光信號的干擾，提高測量精度。該激光延時器結(jié)構(gòu)緊湊，激光延時時間在0-56ns之間可調(diào)。
[0020](3)該發(fā)明的測試裝置操作相對簡單，對光學(xué)發(fā)動機的結(jié)構(gòu)改造要求降低，適用于光學(xué)發(fā)動機等非穩(wěn)態(tài)湍流燃燒裝置燃燒過程中羥基、多環(huán)芳香烴和碳煙的同時測量。
【附圖說明】
[0021]圖1是多環(huán)芳香烴、碳煙和羥基同時測量的裝置示意圖；
[0022]圖2是二束探測激光時序關(guān)系不意圖；
[0023]圖3是激光延時器原理圖；
[0024]圖4是激光延時器設(shè)計圖。
[0025]圖中的實線連接線是電路連接，用數(shù)字表示；虛線是激光光路信息，用小寫字母表不O
[0026]其中，1-Nd = YAG激光器；2_ 二倍頻晶體；3_四倍頻晶體；4_532nm激光反光鏡；5-染料激光器；6-283nm激光反光鏡；7_1064nm激光反光鏡；8_激光延時器；9_透鏡組；10-光學(xué)發(fā)動機；11-活塞頂石英窗口 ； 12-反光鏡；13-發(fā)動機電控單元；14_第一 IC⑶相機；15_第二 ICXD相機；16_第三ICXD相機；17_第一濾鏡；18_第二濾鏡；19_第三濾鏡；20-第一分光鏡；21_第二分光鏡；22_第二采集電腦；23_第三采集電腦；24_第一采集電腦；25_第一 ICXD相機觸發(fā)信號；26_第二 ICXD相機觸發(fā)信號；27_第二 ICXD相機圖像數(shù)據(jù)；28_第三ICXD相機圖像數(shù)據(jù)；29_第一 ICXD相機圖像數(shù)據(jù)；30_第三ICXD相機觸發(fā)信號；31_發(fā)動機噴油信號；32_數(shù)字脈沖延時器；33-Nd:YAG激光器觸發(fā)信號；34_三角形截面激光反光鏡；35_平行四邊形截面激光反光鏡。
[0027]a_1064nm 激光；b_1064nm 和 532nm 激光；c_1064nm、532nm 和 266nm 激光；d_532nm激光；e_283nm 激光；f_1064nm 和 266nm 激光；g_266nm 激光；h_1064nm 激光；i_266nm 激光和延時后的1064nm激光；j_1064nm、532nm和283nm激光；k-熒光和熾光信號。
【具體實施方式】
[0028]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。
[0029]一種適用于光學(xué)發(fā)動機缸內(nèi)燃燒過程中多環(huán)芳香烴、碳煙和羥基同時測量的測量裝置，參見圖1，由Nd: YAG激光器1、倍頻晶體組(由二倍頻晶體2和四倍頻晶體3組成)、染料激光器5、透鏡組9、激光反光鏡組(由532nm激光反光鏡4、283nm激光反光鏡6和1064nm激光反光鏡7組成)、激光延時器8 (由三角形截面激光反光鏡34和平行四邊形截面激光反光鏡35組成)、光學(xué)發(fā)動機10、ICQ)(Intensified Charge Coupled Device，增強電荷親合器件)相機組(由第一 IC⑶相機14、第二 ICXD相機15和第三ICXD相機16組成)、濾鏡組(由第一濾鏡17、第二濾鏡18和第三濾鏡19組成)、采集電腦組(由第二采集電腦22、第三采集電腦23和第一采集電腦24組成)和數(shù)字脈沖延時器32組成。
[0030]本發(fā)明利用一臺Nd:YAG激光器I和一臺染料激光器配合倍頻晶體組同時產(chǎn)生266nm、283nm和1064nm三束探測激光，，通過調(diào)整倍頻晶體角度使三束激光能量達到合理分配，利用設(shè)計的激光延時器8對1064nm激光進行延時以消除碳煙熾光對羥基和多環(huán)芳香烴熒光的影響，采用三套圖像采集系統(tǒng)配合適當(dāng)?shù)姆止忡R組(由第一分光鏡20和第二分光鏡21組成)和濾鏡組對熒光信號和熾光信號進行采集。通過激光誘導(dǎo)熒光法和激光誘導(dǎo)熾光法定性測量光學(xué)發(fā)動機缸內(nèi)多環(huán)芳香烴、羥基和碳煙的濃度，即用熒光或熾光的強度來表示相應(yīng)組分的濃度