一種用于定點捕捉火焰自由基熒光強度的測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及燃燒診斷設備，尤其是一種用于定點捕捉火焰自由基熒光強度的測量
目.0
【背景技術】
[0002]燃料燃燒是動力設備中常見的現(xiàn)象，對燃燒狀況進行深入的研究有助于掌握燃燒特性，從而改進燃燒技術、提高燃燒效率、降低污染物的排放。由于火焰自由基熒光強度在一定程度上可反映火焰溫度、火焰反應區(qū)域、自由基基團濃度、熱釋放率等火焰參數(shù)信息，所以針對火焰自由基熒光強度的研究具有重大的意義。對火焰自由基熒光強度進行深入研究需要良好的測量手段作為工具，因此，對火焰自由基熒光強度獲取方法進行探索將有助于促進對火焰結(jié)構(gòu)、燃燒特性的認識。
[0003]目前國內(nèi)外關于火焰自由基熒光強度的測量方法，主要集中在利用平面激光誘導熒光(PLIF)、ICCD相機等設備，獲取火焰自由基熒光強度的二維分布圖片，而針對“定點”獲取火焰自由基熒光強度的測量方法仍有空缺。目前國內(nèi)最小能采集到直徑為3mm球體內(nèi)的CH基團的光學信號，在某些情況下3mm球體并不足夠小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術存在采集到的“被測區(qū)域”不夠小的問題，本發(fā)明提供了一種采樣精度高、用于定點捕捉火焰自由基熒光強度的測量裝置。
[0005]本發(fā)明中的一種火焰自由基熒光強度的測量裝置，包括光線采集單元、光線傳輸單元和感光單元。其特征在于，光線采集單元由卡塞格林鏡頭組成；光線傳輸單元包括光纖、準直鏡和濾光片;感光單元包括黑箱、光電倍增管和數(shù)據(jù)采集器?？ㄈ窳昼R頭用于定點采集火焰光線，后端設有光纖連接端口 ；光纖的入射端與光纖連接端口相連接，用于傳輸光線;光纖的出射端與準直鏡相連接，準直鏡使發(fā)散光束校準成平行光束;濾光片和準直鏡的卡口設置在黑箱的一側(cè)壁面上，濾光片用于過濾不同波段的光線;光電倍增管位于黑箱內(nèi)，用于將光學信號轉(zhuǎn)換成電信號;濾光片位于準直鏡與光電倍增管之間;光電倍增管的感應視窗朝向濾光片所在一側(cè)，與濾光片所在平面相平行;光電倍增管上用于連接輸出信號的管腳位于黑箱的外側(cè);管腳中的相應線路與數(shù)據(jù)采集器相連接，數(shù)據(jù)采集器用于顯示與處理光電倍增管輸出的電信號。所述測量裝置，可定點捕獲火焰自由基的熒光強度，可探測波段范圍在紫外至可見光區(qū)域內(nèi)的自由基;火焰被測區(qū)域為直徑0.1mm，高0.8mm?1.58mm的圓柱形區(qū)域;測量裝置的工作距離為有限距離，范圍在295mm?306mm之間。
[0006]作為優(yōu)選，所述光線采集單元的卡塞格林鏡頭包括主鏡、次鏡和鏡筒，用于定點采集火焰被測區(qū)域的光線;所述主鏡用于對入射光束進行反射，主鏡的中心開有通孔、反射面為凹面;所述次鏡對主鏡反射的光束進行二次反射，反射后的光束從通孔處穿出；次鏡的反射面為凸面，所述鏡筒用于固定主鏡和次鏡，鏡筒前端設有用于控制進光量的光闌、后端設有光纖連接端口，主鏡和次鏡同軸，次鏡位于主鏡和被測火焰之間，主鏡的凹面與次鏡的凸面相對。
[0007]作為優(yōu)選，所述卡塞格林鏡頭主鏡曲率半徑為r，通孔直徑過小易遮擋光線、過大易引入雜光，本發(fā)明通孔直徑為0.12r~0.14r;次鏡曲率半徑為0.5r~0.6r，主鏡和次鏡的距離為0.45r~0.55r，光闌通光直徑為0.25r~0.3r。所述主鏡的曲率半徑r為300mm?305mm。所述卡塞格林鏡頭尾端設有調(diào)節(jié)部件，可實現(xiàn)前后、上下、左右六個方向的微調(diào)，其中上下、左右的調(diào)節(jié)范圍在± Imm內(nèi)。所述卡塞格林鏡頭無色差，可測不同波段的自由基，且球差、慧差小，像點直徑僅為356μπι。
[0008]作為優(yōu)選，所述光纖的發(fā)散角必須大于聚焦光束的角度，且纖芯直徑必須大于像點直徑。為保證卡塞格林鏡頭聚焦的光束能被所述測量裝置的光纖成功接收，本發(fā)明中像點直徑為356μπι，光纖纖芯直徑為960μπι。所述光纖的選取考慮到了不同自由基的波段范圍，其可傳輸200nm~1200nm范圍內(nèi)的光線，有良好的適用性。
[0009]作為優(yōu)選，所述測量裝置的準直鏡用于校準從光纖出射端射出的發(fā)散光束，使其轉(zhuǎn)變?yōu)橐皇睆?mm?6mm的平行光。所述準直鏡的數(shù)值孔徑需與所述光纖的數(shù)值孔徑相匹配，兩者數(shù)值孔徑均為0.22。從準直鏡后射出的平行光束直徑必須小于光電倍增管上感應視窗的尺寸，光電倍增管感應視窗尺寸為24mm X 8mm。此外，所述準直鏡可透過200nm?2000nm范圍內(nèi)的光線。
[0010]作為優(yōu)選，所述測量裝置的濾光片，用于過濾火焰發(fā)出的光線，通過濾光片濾光后的光線即為火焰某自由基的光線。通過更換不同波段的濾光片，可測不同自由基的熒光強度。本發(fā)明中使用的OH基的濾光片波段范圍為315nm±7.5nm，CH基的濾光片波段范圍為427nm±5nm0
[0011]作為優(yōu)選，所述測量裝置的黑箱，用于安裝光電倍增管，消除使用過程中背景光線的干擾。黑箱的設計考慮到了黑箱壁面連接處的漏光問題，對每個壁面進行了凸臺設計。黑箱一側(cè)壁面，設置有一個轉(zhuǎn)接頭，用于固定所述準直鏡和所述濾光片。濾光片置于轉(zhuǎn)接頭與黑箱壁面之間，轉(zhuǎn)接頭通過其上的螺紋與黑箱壁面旋合同時壓緊固定濾光片。轉(zhuǎn)接頭中間設有與準直鏡匹配的螺紋，準直鏡與轉(zhuǎn)接頭通過螺紋旋合固定。
[0012]作為優(yōu)選，所述測量裝置的光電倍增管，其上的感應視窗用于接收經(jīng)濾光片濾光后的光束，感應視窗尺寸為24mmX8mm。入射光線照射到感應視窗上，經(jīng)過光電倍增管內(nèi)部的光電陰極、倍增系統(tǒng)，光學信號轉(zhuǎn)換為電信號，并以電流的形式從光電倍增管的陽極輸出。光電倍增管的輸出電流線路封裝在光電倍增管的管腳中。
[0013]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的火焰自由基熒光強度測量裝置具有以下特點:1、卡塞格林鏡頭可實現(xiàn)采集直徑為0.1mm，高為0.8mm~l.58mm圓柱形區(qū)域內(nèi)的火焰光線，大大減小了被測區(qū)域的體積，減小了被測區(qū)域大小對火焰尺寸的限制；2、卡塞格林鏡頭尾部光纖連接處，可實現(xiàn)左右、前后、上下六個方位的調(diào)節(jié)，保證光纖能成功接收到光束;3、采用卡塞格林鏡頭的火焰自由基熒光強度測量裝置，可實現(xiàn)火焰某區(qū)域自由基熒光強度的“定點”測量，進一步拓寬了火焰自由基熒光強度的測試方法，有助于促進對火焰特性的研究;4、通過更換測量裝置中不同波段的濾光片，可實現(xiàn)對火焰不同自由基基團的研究，增強測量裝置使用的靈活性。
【附圖說明】
[0014]圖1為卡塞格林鏡頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為黑箱結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3為一種火焰自由基熒光強度的測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中標記:1、被測火焰，2、光闌，3、卡塞格林鏡頭，4、光纖，5、準直鏡，6、濾光片，7、黑箱，8、管腳，9、感應視窗，10、光電倍增管，11、轉(zhuǎn)接頭，12、數(shù)據(jù)采集器，13、調(diào)節(jié)螺釘，14、次鏡，15、環(huán)形肋，16、主鏡，17、鏡筒，18、調(diào)節(jié)部件，19、光纖連接端口，20、與準直鏡配合螺紋。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明，但不應將此理解為本發(fā)明的上述主題的范圍僅限于上述實施例。
[0019]如圖1所示，一種卡塞格林鏡頭3由主鏡16、次鏡14和鏡筒17組成。主鏡16為曲率半徑為r的凹球面反射鏡，主鏡中心開有通孔，r的范圍控制在300mm?305mm之間。次鏡14為曲率半徑為0.5r~0.6r的凸球面反射鏡。主鏡16和次鏡14同軸，且主鏡16的凹球面與次鏡14的凸球面相對。兩鏡距離為0.45r~0.55r，固定次鏡14的緊固件上有一個調(diào)節(jié)