近代光学测试技术
随着激光技术、光波导技术、光电子技术、光纤技术、计算机技术的发展,以及傅里叶光学、现代光学、二元光学和微光学的出现与发展,光学测试技术无论从测试方法、原理、准确度、效率,还是适用的领域范围都得到了巨大的发展,是现在科学技术与社会生产快速发展的重要技术支撑和高新技术之一。
光学测试技术的复杂性随着科学的发展而日渐增加,大量需要处理的数据更加远离使用者的直观感觉。
因此必须发展面向科学实践的、能对现代光学测试技术产生深入的了解
其中运用先进的实验手段和方法来开展内燃机缸内燃烧过程的研究,获得缸内燃咦产焰的有关信息(例如温度场·浓度场·速度场),具有十分重要的学术价值和广阔的应用前景。
内燃机缸内燃烧的光学测试方法是目前最有效的研究手段之一,在国内外得到越来越广泛的运用。
采用这种方法来研究内燃机的燃烧过程,能够进一步加深对燃烧过程的理解,为燃烧系统的评价和改进提供依据,对于指导内燃机燃烧系统的设计,提高内燃机工业整体水平具有重要的现实意义。
在内燃机燃烧的各种光学测试方法中,主要有双色法(Two一ColorMethod)、全息法(Holo脚phMeth-od)、吸收光谱法(Abso甲tionSpeetroseopyMeth-od)、激光诱导荧光法(肠ser一IndueedFluores-cenceSpectroscopy,简称LIF法)、喇曼散射光谱法(RamanSeatteringSpeetroseopy)和相干反斯托克斯光谱法(CoherentAnti
一StokesRamanscattering,简称CARS法)等。
这些光学测试方法的应用,使内燃机缸内燃烧的研究向微观化、定量化和可视化方向发展[z]。
双色法
双色法是一种传统的测高温的方法。
热辐射是自然界中普遍存在的现象,一切物体,只要其温度高于绝对零度,都要不同程度地产生辐射。
双色法的基本原理在于,通过测量两个波长的发光强度拟合黑体辐射曲线,从而可以推断物体的温度。
与其它测量方法相比较,双色法有以下不足之处:
温度测量值仅是统计平均值,而且得不到温度的空间分布;·试验装置比较复杂,试验结果还必须进行标定;·双色法是利用物质的发射谱测量的,当波长落在红外和可见光波段时,由于与火焰高温辐射谱重叠,使得测量精度受到影响。
全息法
全息照相术是根据物理化学原理,利用光波的干涉现象,在感光底片上同时记录下物光波的振幅和位相,并通过衍射现象再现出物体的立体像,或者说把物体光波重新显示出来。
采用激光全息干涉法,同时与高速摄影机相结合,可以连续记录燃烧室内温度场的变化过程,获得二维温度图像;但是,这种试验装置一般须在减展台上进行,抗震性极差,严重影响其实际使用。
吸收光谱法
吸收光谱法是利用光通过燃烧介质时,介质对光的吸收效应来测量温度和浓度的方法。
激光诱导荧光法(llr)
激光诱导荧光法是一种高灵敏度的检测浓度和温度的方法。
其原理是当激光波长调谐到分子的某两个特定能级时,分子就发生共振并吸收光子能量而激发到高能态,在从高能态返回基态过程中,分子就会发出荧光;荧光用光电倍增管接收,
喇曼散射光谱法
当光通过气体分子时,部分光会被分子散射,并且发生频移
相干反斯托克斯光谱法【CARS)
相干反斯托克斯光谱法的原理为,当两束频率为。
;和。
2的高能激光束聚在一点人射到某一介质中时,如果。
=201一。
2正好是分子的某一共振谱线,且满足非线性光学中的相位匹配条件,那么。
3频率的光会极大地增强。
用这一信号就可以对燃气成分和浓度进行鉴别,这就是cARs法。
综上所述,双色法、全息法、吸收光谱法、激光诱导荧光法(UF)、喇曼散射光谱法和相干反斯托克斯光谱法(CARS)等方法各有特点,在实际应用中,必须根据实际情况,合理选择。
近年来,国外对激光诱导荧光法(LIF)的研究和运用格外活跃,这代表了一种发展趋势,其主要原因在于激光诱导荧光法灵敏度极高,且可获得高空间分辨率的二维图像。
因此,在未来内燃机缸内燃烧测试的方法中,激光诱导荧光法将占据重要的一席,有着广阔的前途。
同时,双色法作为一种传统的测高温的方法,在迅速发展的新技术的带动下,也勃发出新的生机。
最新发展的光纤传像技术和高速图像采集及处理技术与双色法相结合,使得人们可以简便、迅速地获得内燃机燃烧过程的二维温度图像闹,克服了以往传统的方法只能获得空间少数点的温度值,而不能获得二维温度分布的困难。
因而,双色法以其简便易行和对燃烧室本身的影响极小等优越性,也得到广泛应用。
通过对现代光学测试技术的基本原理和实际应用系统的讲授和讨论,是我们了解了现代光学测试技术是发展历史、现状和趋势,建立光学测量的基本概念,掌握现代光学测试技术的基本原理和方法,熟悉常用光电检测系统和仪器,具备近代现代光学测试系统分析和设计的能力。