[发明专利]一种等离子体荧光寿命测量装置及方法

说明书

本发明涉及一种等离子体荧光寿命测量装置及方法和数据处理装置，其中等离子体荧光寿命测量装置包括：脉冲激光器，用于周期性地向等离子体流场发出脉冲激光；以及ICCD成像装置，用于对脉冲激光作用的等离子体流场区域进行拍摄，所述ICCD成像装置在每个脉冲激光周期内拍摄一帧，且每帧在所属脉冲激光周期内的起始时间依次延后预定值。本发明通过ICCD采集等离子体流场二维空间内的荧光图像，可用于提取每个像素点的荧光累积强度值，并将不同脉冲激光周期中拍摄的对应不同起始时刻的荧光累积强度值进行拟合，从而获得等离子体荧光寿命，实现等离子体荧光寿命二维分布的测量。

技术领域

本发明涉及等离子体测量技术领域，尤其涉及一种等离子体荧光寿命测量装置及方法和数据处理装置。

背景技术

等离子体是除去固体、液体、气体外物质的第四态，广泛地存在于宇宙中。同时随着技术的进步，也不断渗透到人类的生产和生活中，因此，对其的研究具有及其重要的意义。

对等离子体的研究主要通过数值模拟、接触测量和非接触测量的方法。使用激光诱导荧光(LIF)的方法测量其中某种组分的浓度是一种常见的非接触测量方法，可以利用已知浓度的气源标定未知浓度组分的浓度及空间分布。使用LIF进行测量时，有一个中间量荧光产生率Φ，目前有两种方法获得：一、通过计算获得，该方法有很多假设条件，所获得的值只是一个理论值；二、中间量荧光产生率Φ的倒数即是荧光的寿命，通过测量荧光的寿命获得Φ的值，该方法获得的数值能够反映物质的真实情况，从而通过该方法获得的组分浓度也更加真实。

目前，在等离子体荧光寿命测量的过程中，都是使用光电倍增管进行测量。采用光电倍增管进行测量时，由于光电倍增管是将进入器件的光都打到同一个光阴极上，通过前级透镜(组)聚焦，在不调整光电倍增管的空间位置时，只能实现空间上一点的荧光寿命测量，需要测量另一个点的荧光寿命，必须移动光电倍增管的空间位置。因此，该方法繁琐而低效。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的至少一部分缺陷，提供一种等离子体荧光寿命测量装置及方法和数据处理装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种等离子体荧光寿命测量装置，包括脉冲激光器，用于周期性地向等离子体流场发出脉冲激光；所述装置至少还包括：ICCD成像装置，用于对脉冲激光作用的等离子体流场区域进行拍摄，所述ICCD成像装置在每个脉冲激光周期内拍摄一帧，且每帧在所属脉冲激光周期内的起始时间依次延后预定值。

在根据本发明所述的等离子体荧光寿命测量装置中，优选地，所述等离子体荧光寿命测量装置还包括：数据处理装置，与所述ICCD成像装置连接，用于根据ICCD成像装置拍摄的图像获取每个像素点的荧光累积强度值随时间的变化序列，以每帧在所属脉冲激光周期内的起始时间为横坐标进行函数拟合得到负指数衰减曲线，并计算荧光寿命。

在根据本发明所述的等离子体荧光寿命测量装置中，优选地，所述等离子体荧光寿命测量装置还包括：所述ICCD成像装置的门宽被配置为小于所述等离子体流场产生的荧光寿命的参考值。

在根据本发明所述的等离子体荧光寿命测量装置中，优选地，所述等离子体荧光寿命测量装置还包括：同步延时器，与所述脉冲激光器和ICCD成像装置连接，所述数据处理装置还与所述ICCD成像装置连接，所述脉冲激光器发出脉冲激光同时向同步延时器发出时间脉冲信号，同步延时器对所述时间脉冲信号进行斩波处理后传输给所述ICCD成像装置，所述ICCD成像装置将信号发送给所述数据处理装置，由所述数据处理装置对信号进行延时处理后，再发送拍照指令给所述ICCD成像装置。

在根据本发明所述的等离子体荧光寿命测量装置中，优选地，所述等离子体荧光寿命测量装置还包括：反光镜，设置于脉冲激光器的出光口处，用于将脉冲激光器发出的脉冲激光反射至等离子体流场。

在根据本发明所述的等离子体荧光寿命测量装置中，优选地，所述等离子体荧光寿命测量装置还包括：喷管，用于提供所述等离子体流场。