本发明专利技术涉及燃烧诊断设备，尤其是一种用于定点捕捉火焰自由基荧光强度的测量装置。本发明专利技术公开了一种定点捕获火焰自由基荧光强度的测量装置，包括光线采集单元、光线传输单元和感光单元。所述光线采集单元由卡塞格林镜头组成；光线传输单元包括光纤、准直镜和滤光片；感光单元包括黑箱、光电倍增管和数据采集器。卡塞格林镜头用于定点采集火焰光线；光纤用于传输光线；准直镜使从光纤射出的发散光束转变成平行光束；滤光片和准直镜的卡口设置在黑箱的一侧壁面上，滤光片位于准直镜与光电倍增管之间；光电倍增管位于黑箱内，光电倍增管的输出信号通过管脚线路输出，并与数据采集器相连接，由数据采集器显示与处理输出的电信号。本发明专利技术的最大特点在于定点获得火焰自由基的光强信息。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃烧诊断设备，尤其是一种用于定点捕捉火焰自由基荧光强度的测量装置。
技术介绍
燃料燃烧是动力设备中常见的现象，对燃烧状况进行深入的研究有助于掌握燃烧特性，从而改进燃烧技术、提高燃烧效率、降低污染物的排放。由于火焰自由基荧光强度在一定程度上可反映火焰温度、火焰反应区域、自由基基团浓度、热释放率等火焰参数信息，所以针对火焰自由基荧光强度的研究具有重大的意义。对火焰自由基荧光强度进行深入研究需要良好的测量手段作为工具，因此，对火焰自由基荧光强度获取方法进行探索将有助于促进对火焰结构、燃烧特性的认识。目前国内外关于火焰自由基荧光强度的测量方法，主要集中在利用平面激光诱导荧光（PLIF）、ICCD相机等设备，获取火焰自由基荧光强度的二维分布图片，而针对“定点”获取火焰自由基荧光强度的测量方法仍有空缺。目前国内最小能采集到直径为3mm球体内的CH基团的光学信号，在某些情况下3mm球体并不足够小。
技术实现思路
为了解决现有技术存在采集到的“被测区域”不够小的问题，本专利技术提供了一种采样精度高、用于定点捕捉火焰自由基荧光强度的测量装置。本专利技术中的一种火焰自由基荧光强度的测量装置，包括光线采集单元、光线传输单元和感光单元。其特征在于，光线采集单元由卡塞格林镜头组成；光线传输单元包括光纤、准直镜和滤光片；感光单元包括黑箱、光电倍增管和数据采集器。卡塞格林镜头用于定点采集火焰光线，后端设有光纤连接端口；光纤的入射端与光纤连接端口相连接，用于传输光线；光纤的出射端与准直镜相连接，准直镜使发散光束校准成平行光束；滤光片和准直镜的卡口设置在黑箱的一侧壁面上，滤光片用于过滤不同波段的光线；光电倍增管位于黑箱内，用于将光学信号转换成电信号；滤光片位于准直镜与光电倍增管之间；光电倍增管的感应视窗朝向滤光片所在一侧，与滤光片所在平面相平行；光电倍增管上用于连接输出信号的管脚位于黑箱的外侧；管脚中的相应线路与数据采集器相连接，数据采集器用于显示与处理光电倍增管输出的电信号。所述测量装置，可定点捕获火焰自由基的荧光强度，可探测波段范围在紫外至可见光区域内的自由基；火焰被测区域为直径0.1mm，高0.8mm~1.58mm的圆柱形区域；测量装置的工作距离为有限距离，范围在295mm~306mm之间。作为优选，所述光线采集单元的卡塞格林镜头包括主镜、次镜和镜筒，用于定点采集火焰被测区域的光线；所述主镜用于对入射光束进行反射，主镜的中心开有通孔、反射面为凹面；所述次镜对主镜反射的光束进行二次反射，反射后的光束从通孔处穿出；次镜的反射面为凸面，所述镜筒用于固定主镜和次镜，镜筒前端设有用于控制进光量的光阑、后端设有光纤连接端口，主镜和次镜同轴，次镜位于主镜和被测火焰之间，主镜的凹面与次镜的凸面相对。作为优选，所述卡塞格林镜头主镜曲率半径为r，通孔直径过小易遮挡光线、过大易引入杂光，本专利技术通孔直径为0.12r~0.14r；次镜曲率半径为0.5r~0.6r，主镜和次镜的距离为0.45r~0.55r，光阑通光直径为0.25r~0.3r。所述主镜的曲率半径r为300mm~305mm。所述卡塞格林镜头尾端设有调节部件，可实现前后、上下、左右六个方向的微调，其中上下、左右的调节范围在±1mm内。所述卡塞格林镜头无色差，可测不同波段的自由基，且球差、慧差小，像点直径仅为356μm。作为优选，所述光纤的发散角必须大于聚焦光束的角度，且纤芯直径必须大于像点直径。为保证卡塞格林镜头聚焦的光束能被所述测量装置的光纤成功接收，本专利技术中像点直径为356μm，光纤纤芯直径为960μm。所述光纤的选取考虑到了不同自由基的波段范围，其可传输200nm~1200nm范围内的光线，有良好的适用性。作为优选，所述测量装置的准直镜用于校准从光纤出射端射出的发散光束，使其转变为一束直径4mm~6mm的平行光。所述准直镜的数值孔径需与所述光纤的数值孔径相匹配，两者数值孔径均为0.22。从准直镜后射出的平行光束直径必须小于光电倍增管上感应视窗的尺寸，光电倍增管感应视窗尺寸为24mm×8mm。此外，所述准直镜可透过200nm~2000nm范围内的光线。作为优选，所述测量装置的滤光片，用于过滤火焰发出的光线，通过滤光片滤光后的光线即为火焰某自由基的光线。通过更换不同波段的滤光片，可测不同自由基的荧光强度。本专利技术中使用的OH基的滤光片波段范围为315nm±7.5nm，CH基的滤光片波段范围为427nm±5nm。作为优选，所述测量装置的黑箱，用于安装光电倍增管，消除使用过程中背景光线的干扰。黑箱的设计考虑到了黑箱壁面连接处的漏光问题，对每个壁面进行了凸台设计。黑箱一侧壁面，设置有一个转接头，用于固定所述准直镜和所述滤光片。滤光片置于转接头与黑箱壁面之间，转接头通过其上的螺纹与黑箱壁面旋合同时压紧固定滤光片。转接头中间设有与准直镜匹配的螺纹，准直镜与转接头通过螺纹旋合固定。作为优选，所述测量装置的光电倍增管，其上的感应视窗用于接收经滤光片滤光后的光束，感应视窗尺寸为24mm×8mm。入射光线照射到感应视窗上，经过光电倍增管内部的光电阴极、倍增系统，光学信号转换为电信号，并以电流的形式从光电倍增管的阳极输出。光电倍增管的输出电流线路封装在光电倍增管的管脚中。本专利技术的有益效果：本专利技术的火焰自由基荧光强度测量装置具有以下特点：1、卡塞格林镜头可实现采集直径为0.1mm，高为0.8mm~1.58mm圆柱形区域内的火焰光线，大大减小了被测区域的体积，减小了被测区域大小对火焰尺寸的限制；2、卡塞格林镜头尾部光纤连接处，可实现左右、前后、上下六个方位的调节，保证光纤能成功接收到光束；3、采用卡塞格林镜头的火焰自由基荧光强度测量装置，可实现火焰某区域自由基荧光强度的“定点”测量，进一步拓宽了火焰自由基荧光强度的测试方法，有助于促进对火焰特性的研究；4、通过更换测量装置中不同波段的滤光片，可实现对火焰不同自由基基团的研究，增强测量装置使用的灵活性。附图说明图1为卡塞格林镜头结构示意图。图2为黑箱结构示意图。图3为一种火焰自由基荧光强度的测量装置结构示意图。图中标记：1、被测火焰，2、光阑，3、卡塞格林镜头，4、光纤，5、准直镜，6、滤光片，7、黑箱，8、管脚，9、感应视窗，10、光电倍增管，11、转接头，12、数据采集器，13、调节螺钉，14、次镜，15、环形肋，16、主镜，17、镜筒，18、调节部件，19、光纤连接端口，20、与准直镜配合螺纹。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明，但不应将此理解为本专利技术的上述主题的范围仅限于上述实施例。如图1所示，一种卡塞格林镜头3由主镜16、次镜14和镜筒17组成。主镜16为曲率半径为r的凹球面反射镜，主镜中心开有通孔，r的范围控制在300mm~305mm之间。次镜14为曲率半径为0.5r~0.6r的凸球面反射镜。主镜16和次镜14同轴，且主镜16的凹球面与次镜14的凸球面相对。两镜距离为0.45r~0.55r，固定次镜14的紧固件上有一个调节螺钉13，通过旋转调节螺钉13本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于定点捕捉火焰自由基荧光强度的测量装置，包括光线采集单元、光线传输单元和感光单元；其特征在于，所述光线采集单元由卡塞格林镜头组成；光线传输单元包括光纤、准直镜和滤光片；感光单元包括黑箱、光电倍增管和数据采集器；卡塞格林镜头后端设有光纤连接端口；光纤的入射端与光纤连接端口相连接，光纤的出射端与准直镜相连接；滤光片和准直镜的卡口设置在黑箱的一侧壁面上；光电倍增管位于黑箱内，用于消除背景光线的干扰；滤光片位于准直镜与光电倍增管之间；光电倍增管的感应视窗朝向滤光片所在一侧，与滤光片所在平面相平行；光电倍增管上用于连接输出信号的管脚位于黑箱的外侧，方便线路的连接；管脚中的相应线路与数据采集器相连接，数据采集器用于显示与处理光电倍增管输出的电信号。
【技术特征摘要】
1.一种用于定点捕捉火焰自由基荧光强度的测量装置，包括光线采集单元、光线传输单元和感光单元；其特征在于，所述光线采集单元由卡塞格林镜头组成；光线传输单元包括光纤、准直镜和滤光片；感光单元包括黑箱、光电倍增管和数据采集器；卡塞格林镜头后端设有光纤连接端口；光纤的入射端与光纤连接端口相连接，光纤的出射端与准直镜相连接；滤光片和准直镜的卡口设置在黑箱的一侧壁面上；光电倍增管位于黑箱内，用于消除背景光线的干扰；滤光片位于准直镜与光电倍增管之间；光电倍增管的感应视窗朝向滤光片所在一侧，与滤光片所在平面相平行；光电倍增管上用于连接输出信号的管脚位于黑箱的外侧，方便线路的连接；管脚中的相应线路与数据采集器相连接，数据采集器用于显示与处理光电倍增管输出的电信号。
2.根据权利要求1所述的一种用于定点捕捉火焰自由基荧光强度的测量装置，其特征在于，所述卡塞格林镜头包括主镜、次镜和镜筒，其特征在于，主镜的中心开有通孔、反射面为凹面；次镜的反射面为凸面；镜筒用于固定主镜和次镜，主镜和次镜同轴，次镜位于主镜和被测火焰之间，主镜的凹面与次镜的凸面相对；固定次镜的紧固件上设有调节螺钉，通过旋转调节螺钉可微调主镜和次镜之间的距离；主镜曲率半径为r，通孔直径为0.12r~0.14r，次镜曲率半径为0.5r~0.6r，主镜和次镜的距离为0.45r~0.55r，光阑通光直径为0.25r~0.3r；所述主镜的曲率半径r为300mm~305mm。
3.根据权利要求2所述的卡塞格林镜头，其特征在于，所述卡塞格林镜头尾端可实现前后、上下、左右六个方向的微调，其中上下、左右...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟英杰，王根娟，黄其，邓凯，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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