大小。
[0031]如圖1所示，利用Nd: YAG激光器I產(chǎn)生1064nm基頻激光a，經(jīng)過二倍頻晶體2之后產(chǎn)生1064nm和532nm激光b (經(jīng)二倍頻晶體2后1064nm基頻激光a中的一部分激光轉(zhuǎn)化為532nm激光)穿過四倍頻晶體3，產(chǎn)生1064nm、532nm和266nm激光c ；
[0032]激光c中的532nm激光d經(jīng)過532nm激光反光鏡4反射后，532nm激光d被引入到染料激光器5，產(chǎn)生283nm激光e，283nm激光e經(jīng)283nm激光反光鏡6反射后重新進入到原光路；
[0033]激光c中的1064nm激光f穿過532nm激光反光鏡4經(jīng)1064nm激光反光鏡7反射引入到激光延時器8內(nèi)，延時后的1064nm激光h經(jīng)1064nm激光反光鏡7反射后重新進入到原光路；
[0034]激光c中的266nm激光穿過1064nm激光反光鏡7和283nm激光反光鏡6 (光路傳播方向沒有改變)最終和延時后的283nm激光e、1064nm激光h匯合成激光j ；
[0035]激光j中的266nm激光、283nm激光e和1064nm激光h的能量大小通過調(diào)整二倍頻晶體2和四倍頻晶體3的角度來實現(xiàn)，這里要求266nm激光、283nm激光e和1064nm激光h 的能量分別達到 30mJ/pulse、20mJ/pulse 和 50mJ/pulse，利用 266nm 激光、283nm 激光 e和1064nm激光h分別激發(fā)多環(huán)芳香烴熒光、羥基熒光和碳煙熾光。
[0036]激光j經(jīng)透鏡組9整形之后形成片狀激光進入到光學發(fā)動機10的燃燒室中，三束激光(即266nm激光、283nm激光e和1064nm激光h)切入到燃燒區(qū)域產(chǎn)生的熒光和熾光信號k穿過活塞頂石英窗口 11，經(jīng)反光鏡12反射，其中的多環(huán)芳香烴熒光信號經(jīng)第一分光鏡20反射后穿過第三濾鏡19被第三ICCD相機16采集，剩余的光信號穿過第一分光鏡20，其中的碳煙熾光信號經(jīng)第二分光鏡21反射，穿過第一濾鏡17被第一 ICCD相機14采集，羥基的熒光信號穿過第二分光鏡21和第二濾鏡18被第二 ICCD相機15采集。
[0037]測量裝置的時序控制如圖2所示，光學發(fā)動機10由測功機倒拖處于1200轉(zhuǎn)每分鐘的轉(zhuǎn)速，發(fā)動機電控單元13發(fā)出頻率為1Hz的發(fā)動機噴油信號31觸發(fā)數(shù)字脈沖延時器32，根據(jù)不同的測量曲軸轉(zhuǎn)角，數(shù)字脈沖延時器32選擇不同的延時時長At，延時后的NdiYAG激光器觸發(fā)信號33觸發(fā)Nd = YAG激光器1，經(jīng)上述光路形成266nm，283nm激光e和1064nm激光h的三束激光，其中266nm激光由于光程最短因此激光信號最靠前；283nm激光e由于經(jīng)歷染料激光器5的光路，光程有一定延長，相比于266nm激光略為靠后；1064nm激光h經(jīng)過了激光延時器8，設(shè)定激光延時器8的延時時長為50ns，因此1064nm激光h相比266nm激光有50ns的延時。
[0038]數(shù)字脈沖延時器32發(fā)出第三ICXD相機16觸發(fā)信號30，第三ICXD相機16被觸發(fā)拍攝后經(jīng)一定時間延時發(fā)出第二 ICXD相機觸發(fā)信號26觸發(fā)第二 ICXD相機15，第二 ICXD相機15被觸發(fā)后一定時間后又發(fā)出第一 ICXD相機觸發(fā)信號25觸發(fā)第一 ICXD相機14拍攝，具體相機拍攝時刻如圖2所示，第一 ICXD相機14、第二 ICXD相機15和第三ICXD相機16的拍攝門寬分別是50ns、30ns和30ns。
[0039]由于熾光信號相比于熒光信號較強，而且波長范圍較廣，熒光的壽命大約在幾十納秒，為了避免熾光信號對熒光信號的干擾，設(shè)計了激光延時器8將1064nm激光h延時50ns，使熒光被相機采集之后再激發(fā)熾光信號，激光延時器8的基本原理如圖3所示，通過延長激光的傳播距離來實現(xiàn)激光延時，Nd = YAG激光器I發(fā)出的入射激光I進入激光延時器8后經(jīng)數(shù)組三角形截面激光反光鏡34的反射，出射激光m的延時時間可以通過光程計算得到。
[0040]為了減小激光延時器8的體積，將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布置在一個圓柱體支架內(nèi)，米用圓柱體的設(shè)計方案如圖4所不，兩種截面的激光反光鏡按圖示方式布置于圓柱體支架的上下兩端，其中平行四邊形截面激光反光鏡35只有一對，用于入射激光I和出射激光m的反射，三角形截面激光反光鏡34用于增加激光光程，圓柱體的底面圓直徑為200mm，圓柱體高度為600mm，共由14對三角形截面激光反光鏡34和I對平行四邊形截面激光反光鏡35組成，最大設(shè)計延時時間為56ns，減少三角形截面的對數(shù)可以減小延時時間，每減少一對延時時間減小4ns。
[0041]本發(fā)明實施例對各器件的型號除做特殊說明的以外，其他器件的型號不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
[0042]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個優(yōu)選實施例的示意圖，上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。
[0043]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種光學發(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、光學發(fā)動機、ICCD相機組、濾鏡組和采集電腦組，其特征在于: 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； 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； 所述分光鏡組、所述濾鏡組、所述ICCD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； 通過激光誘導熒光法和激光誘導熾光法定性測量所述光學發(fā)動機缸內(nèi)多環(huán)芳香烴、羥基和碳煙的濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光學發(fā)動機缸內(nèi)燃燒過程中多組分同時測量裝置，其特征在于，所述測量裝置還包括:透鏡組， 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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光學發(fā)動機缸內(nèi)燃燒過程中多組分同時測量裝置，其特征在于，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。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光學發(fā)動機缸內(nèi)燃燒過程中多組分同時測量裝置，其特征在于，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， 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)； 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。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光學發(fā)動機缸內(nèi)燃燒過程中多組分同時測量裝置，用于研究發(fā)動機缸內(nèi)碳煙生成機理。Nd:YAG激光器、染料激光器配合倍頻晶體組和激光反光鏡組產(chǎn)生266nm、283nm和1064nm三束探測激光；調(diào)整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；分光鏡組、濾鏡組、ICCD相機組以及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；通過激光誘導熒光法和激光誘導熾光法定性測量光學發(fā)動機缸內(nèi)多環(huán)芳香烴、羥基和碳煙的濃度。本發(fā)明只需要一臺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和操作難度。
【IPC分類】G01N21-63, G01N21-64
【公開號】CN104833665
【申請?zhí)枴緾N201510144151
【發(fā)明人】堯命發(fā), 唐青龍, 劉海峰, 鄭尊清
【申請人】天津大學
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年3月30日